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)