私たちがこれまで ２年以上取り組んできたことを
今日この場で ご紹介できるのを
とても喜ばしく思っています
新しい付加製造技術で
3Dプリントという名でも 知られているものです
これをご覧ください
ごくシンプルですが 同時にとても複雑なものです
同心測地線の集まりで
それぞれが中心と 繋がっています
従来の製造技術では 作り出すことのできないものです
射出成形できないような 対称的な形で
フライス加工でも 作れません
3Dプリンターの仕事です
しかし多くの3Dプリンターでは これを作るのに3〜10時間かかるでしょう
それをこの10分の講演の間に ステージ上で作るということに
挑戦したいと思います
どうか幸運を祈ってください
3Dプリントという呼び名は 正確ではありません
実際には2Dプリントを 繰り返しているにすぎません
使われている技術も 2Dプリント関連の技術です
インクジェット印刷を考えてみてください 文字を出すためにページの上にインクを置きます
これを繰り返すことで ３次元的なオブジェクトを作り出すのです
マイクロエレクトロニクスにも
リソグラフィーという 同様のことを行う技術があって
トランジスタや 集積回路といった構造を
繰り返し印刷して 作り上げますが
これも２次元印刷技術です
私は化学者であり 材料科学者です
私の共同考案者もまた 材料科学者で
１人は化学者 １人は物理学者ですが
私たちは3Dプリントに 興味を持つようになりました
新しいアイデアというのは 得てして
異なる領域の異なる経験を持つ人の 繋がりから生まれますが
私たちの場合もそうでした
私たちが触発されたのは
映画『ターミネーター2』の中で T-1000が出てくるシーンです
3Dプリンターでこんな風に できないものかと思いました
すごい形状のものが 水たまりの中から
リアルタイムで
材料の無駄もなく
できあがっていくんです
ちょうどあの映画みたいに
ハリウッド映画に 触発されたアイデアを
実現する方法を 考え出すことなんてできるのか？
これは難題でした
もしそれができたなら
3Dプリントが本格的な 製造プロセスとなることを妨げている
３つの問題を解決できます
第１の問題は 3Dプリントには 延々と時間がかかること
3Dプリンターで作るよりも早く成長する キノコがあるくらいです (笑)
層を重ねていく というプロセスは
力学的性質の弱さを もたらしますが
連続的に成長させていくことができれば この欠点を取り除けます
とても速く成長させることができれば
自己回復素材などを使うこともでき 素晴らしい性質を持たせることができます
もしハリウッドの フィクションを実現できれば
3D製造の問題を 解決できるのです
私たちのアプローチでは 高分子化学の領域では
よく知られたことを 使っています
光と酸素を利用して連続的に パーツを成長させるのです
光と酸素は逆方向に作用します
光は樹脂を
液体から固体に変えます
酸素はこのプロセスを阻害します
だから光と酸素は化学的に
正反対の働きをするわけです
光と酸素を空間的に 制御してやることで
このプロセスを 制御できるようになります
私たちはこれを CLIP(連続的液体面生成)と呼んでいます
これには３つの 構成要素があります
１つは貯水槽で あのT-1000が出てくる場面のように
液体を保持します
この貯水槽の底には 特別な窓がありますが
これについては 後ほど説明します
これに加えて台があって 貯水槽に降りてきて
液体からオブジェクトを 引き出していきます
３番目の要素は 貯水槽の下にある
デジタル投影システムで
紫外線領域の 光を投影します
鍵となるのは 貯水槽の下にある窓ですが
これは複合的で 特別なものです
光を通すだけでなく 酸素も透過します
コンタクトレンズのような性質を 持っているわけです
このプロセスがどう働くか 見てみましょう
台が降りてきて
従来のプロセスだと 窓は酸素を透過せず
２次元的なパターンが
窓に張り付いた形でできます
次の層を作るためには 分離する必要があり
新しい樹脂を入れ 再配置する—
というプロセスを 何度も繰り返します
しかし私たちの特別な窓を使うと
光を当てている間
下から酸素が上がって来て
反応を阻害することで
死角を作ることができます
この死角は 厚さが数十ミクロンで
赤血球の２、３個分です
窓に接する部分は 液体の状態のままで
オブジェクトを 引き上げていきます
サイエンス誌の論文に 書きましたが
酸素含有量を変えることで この死角の厚みを変えることができます
だから制御できる変数がたくさんあります 酸素含有量
光 光量 硬化線量
粘度 形状
そしてプロセスの制御のため 非常に洗練されたソフトウェアを使っています
結果はとても 目覚ましいものです
従来の3Dプリンターより 25〜100倍高速です
業界を一変させられます
加えて境界の部分に 液体を送ることもできるので
スピードは千倍にもできると 考えています
これは多くの熱を 生み出すことになるでしょう
化学技術者として 熱伝導の問題と
あまりに高速で水冷装置を 備えた3Dプリンターという考えには
とても興奮を感じます
加えて 連続的に成長させるため
層構造がなくなって 均質になります
表面構造がなく
なめらかなのが分かるでしょう
3Dプリンターで作られた部品の 力学的性質は
印刷した方向に依存するというのは よく知られていますが
これは層構造によるものです
しかしこのように 成長させることで
物質特性が印刷方向に 依存しなくなります
射出成型された部品のようで
従来の3Dプリンターで作られたものとは 大きく異なります
加えて
高分子化学の知識を 丸ごと投入して
3Dプリントされるオブジェクトに ほしい性質を生み出す
化学反応をデザインすることができます
(拍手)
できあがりましたね ほっとしました
本番の舞台になるとうまくいかないというのは よくあることですから
素材に優れた力学的性質を 持たせることもできます
高い弾性あるいは 緩衝性を持つ
高分子弾性体を 使うことができます
振動の制御や優れたスニーカーといった 応用が考えられます
非常に強い素材
高い強度重量比を持つ素材
非常に優れた高分子弾性体を 作り出すことができます
どうぞ手に取ってご覧ください
優れた物質特性です
最終製品に使える特性を
パーツに持たせることができて
画期的なスピードで 作れるとなれば
製造過程を大きく変えられる 可能性があります
現在製造業界が 取り組んでいるものに
「デジタルスレッド」と 呼ばれるものがあります
CADによる設計から プロトタイプを経て 製造まで 一連の流れで行います
多くの場合 このデジタルスレッドが
プロトタイプのところで切れていて 製造まで行けません
パーツの多くが最終製品の性質を 持っていないためです
今や設計からプロトタイプ 製造へと
全体を通してデジタルスレッドを つなげられるようになり
あらゆる可能性が広がります
高い強度重量比を持つ 優れた格子特性に取り組む
高燃費車から
新しいタービン翼まで あらゆる素晴らしいものです
緊急の状況で ステントが必要な時
医者は標準サイズのものを
棚から取り出す代わりに
患者の血管に合わせて
設計されたステントを使えます
緊急の際に リアルタイムでプリントし
18ヶ月すると消える性質を 持ったステントです
あるいはデジタル歯科では このような構造を
患者が椅子に座っている間に 作ることができます
ノースカロライナ大学の 私の学生たちの作った
構造を見てください
目を見張るような マイクロスケール構造です
ナノサイズについては 既に優れた製造技術があります
10ミクロン以下のサイズについては ムーアの法則が駆動してきました
その面ではとても うまくいっています
しかし10ミクロンから 1000ミクロンの間という
中規模のものを作るのが 難しいのです
半導体産業の 減法的技術は
この領域では 上手く機能しません
ウエハーを上手く エッチングできません
しかしこの製造技術は
とても静かに 底から物を成長させていく
加法的製造技術で
素晴らしい物を 数十秒で作れ
新しいセンサー技術
新しい薬物送達技術
新しいラボ・オン・チップ など 大きな可能性が開けます
ですから最終製品となりうる 性質を持つパーツを
リアルタイムで作れることで
3D製造の夢が本物になります
これは私たちにとって 非常にエキサイティングなことで
これはハードウェアとソフトウェアと 分子科学の交わる部分だからです
この優れたツールによって 世界のデザイナやエンジニアにどんなことができるようになるか
目にするのが待ち遠しいです
どうもありがとうございました
(拍手)