2014年12月31日水曜日

最先端研究に貢献する3Dプリント

米国サンディエゴ発:3Dプリントは、宇宙最小の構成物に対する新たな知見を科学者に提供してもいる。それはたとえば、タンパク質などの生体分子の構造だ。

このような分子構造モデルは、従来では2次元のコンピューターモデルしか存在しなかった。だが、カリフォルニア州サンディエゴ市ラホーヤのスクリップス研究所分子グラフィックス ラボラトリー( MGL )所長 Arthur Olson 氏に言わせると、「平板な画面上で見るだけの場合と、3次元モデルを手に操作するのとでは、まったく別物の体験だ」。

Olson 所長は、3Dプリントで3次元モデルを作れば、たとえば HIV ウィルスがどのように機能するかが分かるようになるという。同所長は3Dプリントした分子構造モデルを、米国立衛生研究所の「 NIH 3D Print Exchange 」プログラムを介して、他機関の研究者にも提供している。

タンパク質には、多数の原子が含まれる場合が多く、これがタンパク質分子の折りたたみ構造の解明が困難な理由の1つになっている。Olson 所長によると、多くのタンパク質分子が持つ曲がりくねったトンネル構造も、従来の2次元モデルでは全体像が掴めなかったが、3Dプリントモデルならその長さや奥行きがいとも簡単に掴めるようになるとしている。「糸を用意して、タンパク質の3Dプリントモデルのトンネルに通す。両端に印をつけて糸を伸ばせばトンネルの長さが分かる」。

また、3Dプリント技術は完全な人工分子の設計にも応用可能になるかもしれない。タンパク質は分子構造の解明には最適だが、極端な高温や低温、乾燥状態に置かれると不安定になる。米国立ローレンス・バークレー研究所 Molecular Foundry のナノ生体学者 Ron Zuckerman 博士は現在、ペプチドに類似したペプトイドと呼ばれる合成分子の開発に取り組んでいる。ペプトイドはタンパク質に対する感受性を持ちつつ、それを構成する合成アミノ酸にさらに強靭な特性を持たせることが可能となる。

Zuckerman 博士の研究グループが3Dプリント技術を使い始めたのは、それが折りたたみなど、タンパク質の持つ柔軟な構造を直感的に理解できる手段だったからだ。分子どうしが引きあったり反発しあったりする力によって生じる折りたたみは、小型磁石付き3Dプリントモデルとして再現可能であり、異なるタンパク構造の持つそれぞれの屈曲性の再現も、硬度の異なる素材を組み合わせて再現可能できる。

Zuckerman 博士は現在、「 peppytide 」と名付けたタンパク質の3次元モデルを作り、学生の教育用として活用している。たとえば電話機のコードのような α ヘリックス といった、タンパク質の多くに見られる分子構造が現れる様子を再現して見せたりしている。「学生が折りたたむと、すべての磁石が一列に整列して、たちまち安定した螺旋状態になるんだ」。

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2014年12月30日火曜日

次世代フィラメントは、イカのタンパク質 DNA から作られる? 

米国ペンシルベニア発:現在、FFF / FDM 方式3Dプリントに使用される樹脂素材で環境的に持続可能とされているのが、コーンスターチを原料とする PLA 素材。だがペンシルベニア州立大学の研究者グループが着目したのは、なんとイカの DNA だった。

同大学エンジニアリング工力学を教える Melik C. Demirel 教授らは、海軍省研究事務所( ONR )および陸軍省研究事務所( ARO )から資金援助を受けて、イカの吸盤内部の鋭い輪状歯に含まれているタンパク複合体から新たなフィラメント素材が作れないかと研究を続けている。

Demirel 教授は次のように述べる。「新素材開発でいままで注目されてきたのはもっぱら合成樹脂素材だったが、製品化に時間がかかり、環境にも優しくない」。そこで同教授と化学工学を教える Wayne Curtis 教授が目をつけたのが、イカの吸盤内にある輪状歯のタンパク複合体から取り出した DNA だった。同研究チームは捕獲したイカのタンパク複合体を構成する DNA 配列を調べた結果、サーモプラスチックとして安定した特性を示したのが、この吸盤内部の歯のタンパク複合体だった。そこでこの DNA を取り出して大腸菌に移植し、その大腸菌が生成した樹脂分子を合成してサーモプラスチック素材を作り出した。できあがった新樹脂素材は半透明の物質で、硬素材、可塑性素材を問わず製造可能で、引っ張り強さに富み、濡れても他素材と接着する特性があるという。

そして何より、この新素材は自然のタンパク質ベースなので、医療や美容分野へも安全に応用できるとしている。


3Dプリント素材の市場規模は、2019年までに 10 億ドルを突破すると見込まれている。現在、流通している樹脂素材はほとんど化石燃料由来なので、生物由来の持続性のある素材が優位に立つのは間違いないだろう。プリントアウトに失敗した製作物やプラスチックごみからのリサイクルという手段もあるが、環境負荷の少ないフィラメント素材の安定供給を確保すべく、研究者は新素材を生成する新しい方法を模索し続けている。

Demirel 教授は次のように述べている。「次世代素材を決定づけるのは、分子配列、分子構造、分子特性といった分子の構成にこそある」。

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2014年12月28日日曜日

高校生コンビが救命クワッドコプターの3Dプリント製作に挑戦

米国発:ロサンゼルス湾の保養地パロスバーデス半島に住む2人の高校生は夏休み返上で、ロサンゼルス郡消防局( LACoFD )に贈るためのクワッドコプター開発に取り組んだ。

パロスバーデス高校に通う Raul Castrellon 君と、ペニンシュラ高校に通う Lawrence Goo 君の2人は当初、ゲームセンターの景品キャッチャーのような開閉する鉤爪型マジックハンドを設計していたが、これを捜索救助用途に使えるデバイスにしようと考えた。だが既成パーツでは意図した通りには製作できず、全てのパーツの CAD を自前で用意し、それを3Dプリントすることにした。「外注に出したら、製作予算が吹き飛んでしまうから」と Castrellon 君。それでも部品代や3Dプリント、製品試験には多額の資金が必要になることから、2人は学生の IT 支援事業を行う PVNet からの支援を仰ぐことにした。

PVNet 代表 Ted Vegvari 氏は、「2月を目処に 8,000 USD を集め、完成したクワッドコプターを郡消防局に贈りたい」と述べている。

2人の立ち上げたプロジェクトには、3Dプリント支援組織 MatterHackers および Airwolf 3D Print が資金を提供し、郡消防局の Thomas Ewald 氏もアドバイザーとして参画している。同氏からは、この鉤爪ハンド付きクワッドコプターについて、もっと剛性を高めて信頼性を確保し、シンプルな操作で消火作戦に投入可能なデバイスにするよう求めている。「彼らとの協業をとても楽しみにしている。このようなイノベーションには、人命を救い、財産焼失を軽減させる効果がある」と Ewald 氏は言う

Castrellon 君は次のように述べる。「頭に浮かんだ完璧なアイディアをカタチにするために、何時間も過ごすのは大好き。でも最高なのは、これを作ったのはぼくだ、全力を注いで作ったんだ、と言えること」。

将来について、Castrellon 君は機械工学を学ぶべく、ポリテクニック州立大学( Cal Poly )進学を目指している。「ぼくは一家で最初の大学進学者になる。メキシコ出身の両親は共に高校には行ってない。きょうだいは高校に通ったけれども、ぼくは大学に行く最初の人間になる」。

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2014年12月22日月曜日

FDM 3Dプリンター用再生フィラメント生成機「 ProtoCycler 」

カナダ発:トロントに本拠を置くスタートアップ ReDeTec は現在、独自開発したフィラメント リサイクラー「 ProtoCycler 」生産に向けた資金調達キャンペーンを Indiegogo 上で展開している( 社名は、Renewable Design Technology の略記から )。

同開発チームによれば、「 ProtoCycler 」は樹脂ペレットをはじめ、プリントに失敗した造形物や破損した造形物などを粉砕・溶解して、再生フィラメントとして FDM( FFF )方式3Dプリンターで再利用を可能にするデバイス。「 ProtoCycler 」を活用すれば、1kg スプール当たりコストはわずか5USD しかかからないという。

Indiegogo 上のキャンペーンによれば、「 ProtoCycler 」は分速約 30 cmで再生フィラメントを生成可能( 1kg スプール分の生成には約2時間を要する )。金属製ホットエンドの温度は 400 °C にまで達し、市販フィラメントの大半は溶融できるとしている。特許申請中の新技術「 MixFlow 」によって、再生フィラメントの安定供給を実現しているという。再生フィラメントの形状安定性は、プリント作業中のトラブルを回避するためにも不可欠だ。

粉砕操作は手動ハンドルで行うものの( 安全性最優先のため )、フィラメント生成、供給および巻取りはすべて自動。まず ABS および PLA を選択し、「開始」ボタンを押すだけ。他素材との組み合わせやマルチカラー素材については、あくまで試験的用途に留まるが、ユーザー自ら手動設定を行えば可能になる。開発チームは、今後のファームウェア定期更新に反映させるため、購入者に対してフィードバックを勧めている。

同社が「 ProtoCycler 」のコンセプトを思いついたのは3年前のことで、製品化にとりかかったのは翌年になってから。製作した試作品は延べ 10 台以上。15 か月後、粉砕用グラインダーとエクストルーダーを統合した現行品にたどり着いた。なお「 ProtoCycler 」は、米国保険業者安全試験所( Underwriter Laboratories Inc. ) の安全認証済み製品だ。

「最初は他社製品に基づいた設計で試作品を作っていたが、性能面、安全面、信頼性で満足できなかった。そこで、一から設計をやり直すことにした。結局、製品化に2年もかかってしまったが、その甲斐はあったと思う」と、同開発チームは言っている。

同キャンペーン支援者は、小売予定価格の1割引の 699 USD で購入できる。期日は 2015 年1月 31 日まで。現時点では目標調達金額の 80% 以上の 59,693 USD が集まっている。同社によれば、「 ProtoCycler 」出荷開始時期は 2015 年8月頃になるとしている。

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2014年12月21日日曜日

MIT 研究者チームが「4Dプリント」技術を開発中

米国発:マサチューセッツ工科大学( MIT )研究者チームは目下、3Dプリントの進化形として、「4Dプリント技術」を開発中だ。

MIT メディアラボ 博士研究員で同開発チームリーダーの Dan Raviv 氏によれば、開発中の新技術は、3Dプリントで出力後、造形物が自ら「変形」可能になることを目指している。

同開発チームはこの「4Dプリント」を実現させるため、大手3Dプリンターベンダー Stratasys と共同で2つの異なる特性を持つフィラメントを開発した。一方のフィラメントは通常の固い樹脂素材、もう一方は水に浸すと体積が倍になる構造の素材で作られている( こちらのフィラメント組成については現時点では伏せられている )。

Raviv 氏らは、この特殊フィラメントを使用して、38 cm 四方のグリッド状オブジェクトをプリントアウトし、それを水に浸した。すると水分膨張性フィラメントが伸縮して、複雑な凹凸形状を持つ表面構造に変化した。

開発チームは、この「4Dプリント」技術を活用して、将来的には幅広い応用が可能になると期待する。とりわけ医療分野、たとえば心臓ステント移植術への応用が考えられるという。「現在は、生体適合性素材で各部位に適した器官等を3Dプリンターで造形したものを移植しているが、今後は形状と機能変化をインプラント自体が行えるようになるだろう。患者の体内で、一生の使用に耐えられるインプラントを作りたい」と Raviv 氏は述べる。

Raviv 氏の開発チームは、縮小と拡大の両方が可能な4Dプリント技術の開発に取り組む。「外形が数 cm の4Dプリントオブジェクトを数点、製作した。移植術用としては、10-100 倍小さくなるオブジェクト、日常用途としては 10 倍の大きさに拡大するオブジェクトが出力できるようにしたいと考えている」。

ただし、と Raviv 氏は現時点での課題も指摘する。「4Dプリントに使用する素材の品質向上のためには、まだまだ研究が必要になる」。

水分膨張性フィラメントは数十回、浸水・乾燥を繰り返すと可塑性を失ってしまうという。そこで、水以外の要素、たとえば熱や光といった刺激に反応する素材の開発も進めたいとしている。

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2014年12月20日土曜日

ISS 船長が工具を自力で3Dプリント

国際宇宙ステーション( ISS )発:ISS 船長 Barry 'Butch' Wilmore 氏は急遽、ソケットレンチが必要になった。そこで、ISS 専用3Dプリンターを開発した Made in Space の技術者がレンチの3D CAD データを作成、NASA は安全性を確認した後、3Dデータを含む出力手順を ISS に送信した。Wilmore 氏は早速その手順に従ってレンチの3Dデータをプリンターに投入し、4時間後、望みの品を手に入れることができた。

これは、NASA が地球周回軌道を回る宇宙船に向けて初めて「電子メール」で送信した3次元データということになる。以前はこのような工具が入り用になった場合、次のミッション実施まで数か月は待たされたところだ。

「このソケットレンチは地上で設計され、ISS にデジタルデータ送信された初の3D製品だ。今回作成した3D CAD データは、どんなロケットでもかなわないほど速くWilmore 氏の許に届けられた」と、Made in Space 創業者 Mike Chen 氏は語る。「今回、出力された製品から、微小重力環境が3Dプリント工程に及ぼす影響を調べ、将来、宇宙空間で作られる製品がどのようなものとなるのか、そのモデル化に役立てたい」。

今年9月に SpaceX の宇宙船に搭載されて ISS に運ばれた専用3Dプリンターは先月 17 日に設置作業を終えた後、予定されていた 20 品目の試験プリントに成功している。同プリンター製造元 Made in Space では、来年にも同プリンターよりさらに大型の商用3Dプリンターを ISS に導入する計画だ。

また欧州宇宙機関 ( ESA )も来年、独自開発した3Dプリンターを ISS に運搬する計画を明らかにしている。ISS 内の3Dプリンターで製作された工具等の出力品は再び地上に運ばれ、地上で製作された対応部品との詳細な比較試験にかけられる。

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2014年12月14日日曜日

ユーザーの、ユーザーによる、ユーザーのための「3Dプリンター購入ガイド」

オランダ発:アムステルダムに本拠を置く 3D Hubs は、世界最大級の3Dプリント紹介サービス ネットワークを提供するスタートアップだ。ユーザーは同サービス上にアップロードした3D CAD データを近くの3Dプリンター所有者にプリントを依頼し、完成品を直接受け取るか配送してもらい、プリントアウトを提供したユーザーはその対価を受け取る。昨年、同社がこのオンラインサービスを立ち上げると瞬く間に急拡大して、今や所属する3Dプリンター所有者総数は全世界で1万人にも上る。

3D Hubs 創業者で CTO の Brian Garret 氏によれば、同サイトに寄せられる利用者の声で最多なのが、「どの3Dプリンターを買えばよいのか?」という質問だった。そこで同社は一方的に市販の3Dプリンターを評価するのではなく、ユーザーに直接評価してもらった「購入ガイド」を作成、公開した。対象製品は一般的なデスクトップ型3Dプリンターで、FDM および STL 方式のもの。1~10 のシンプルな 10 段階評価で、「ハイエンドユーザー向け」から「低予算タイプ」まで5つのカテゴリー別に集計した。各ユーザーの所有する3Dプリンターの性能は、ミニチュアフィギュアの出力能力で評価した。評価総数は 2,279 件。

その結果、上位に入ったのは MakerBot や 3D Systems といった大手ベンダー製品ではなく、一般ユーザーにはあまり知られていないスタートアップの製品が入るという意外なものだった。「大手ベンダー製品のプリント性能には満足していないユーザーが多かった」と Garret 氏。

同購入ガイドでは、カテゴリ別に集計した 18 機種が上位にランクインした。ランキングには、ユーザー評価が 10 以上寄せられた製品のみ掲載されている。

3D Hubs は Garret 氏と現 CEO の Bram de Zwart 氏によって創業した。両氏は共に、3Dプリンターを最初に開発した 3D Systems の元社員。

上位にランクインした3Dプリンターでは、たとえば Kickstarter プロジェクトとして製品化したポーランドの「 Zortrax M200 」は、ユーザーから 8.9 という高評価を獲得している。

同じく 9.0 の高評価を得た「 Makergear M2 」は、2009 年にオハイオ州ビーチウッドで創業したスタートアップ。創業者で CEO の Rick Pollack 氏はソフトウェア出身だが、ある時、MakerBot 製品のエクストルーダーに関するトラブルが多いことに気づき、自宅ガレージで補修部品を小型旋盤で製作していた。

「顧客はエクストルーダーを、MakerBot 純正品から Makergear 製品へと切り替えていったんだ」と Pollack 氏。「1年半後、我々は自社製3Dプリンター生産を始めた」。

Makergear の従業員数は十数人ほど。地元企業数社が「 Makergear M2 」の部品製造を担当し、製品検査は全て社内で行っている。同社製3Dプリンターの引き合いは大変多く、既に納品まで数か月待ちになるほどだ。

デスクトップ3Dプリンター市場は活況を呈している。調査会社 Canalys によれば、2014 年第3四半期に全世界で出荷された3Dプリンターは約 33,000 台で、これは前期比4%の伸びを記録し、3Dプリンターサービス全体の収益は9%増だという。また欧州、中東、アジア市場における3Dプリンターサービスの第2四半期収益は8%の伸びであり、これはドイツや英国といった市場規模の大きい地域で3Dプリンターに対する関心が高まったことが要因として挙げられるという。

また Canalys によれば、第3四半期に出荷された3Dプリンターの 73% が、税抜き販売価格 10,000 USD 未満の価格帯の製品だった。

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2014年12月12日金曜日

TechShop と富士通が「モノ作り体験」提供で協業

米国発:米国内8か所でモノ作りワークショップ事業を展開する TechShop.Inc. は現地時間5日、「 TechShop Inside! — Powered by Fujitsu 」を、富士通株式会社および米国富士通研究所( FLA )と共同で開始すると発表した。

同プロジェクトは、全長 7.3 m のトレーラー内に TechShop の保有する小型3Dプリンター、Universal Laser Systems 製レーザーカッター、富士通製タブレット PC「 LIFEBOOK 」等、TechShop で最も人気の高い最先端ツールを装備し、米国各地の教育機関を訪問して若い世代にモノ作り体験を直接提供するというもの。TechShop と富士通の戦略的提携の第一弾で、今後更なる拡大が見込まれるメイカーズ ムーヴメント推進を目指す。

「 TechShop Inside! 」ではデジタル製造工程をじかに体験することによって、科学、技術、工学、芸術、数学( STEAM 分野 )への生徒達の興味関心を高めるという狙いもある。

カリフォルニア大学バークレー校教授 Henry Chesbrough 氏は今回の TechShop と富士通の協業について、「オープン イノベーション実践の新たな方向性を拓くものだ」と述べている( 同氏は、「オープン イノベーション」の提唱者 )。

「 TechShop Inside! 」はナパ市内で開催された「第1回オープン イノベーション世界会議( WOIC )」で初披露された後、サンフランシスコ市内の学校を訪問し、課外プログラムの一環として生徒達に体験学習を提供することになっている。

ベイエリアの各種教育機関は、同協業プロジェクトを今後のプログラミング教育へ活用するため、両社との協議に入っている。「 TechShop Inside! 」導入検討を始めているのはマルベリースクール、ロスアルトス学区、サンノゼ図書館、サンタクララ郡図書館など7つの学校や公共施設( 今後、TechShop は同様の取り組みを日本国内でも実施する予定 )。


2014年12月9日火曜日

Royal Mail が3Dプリントサービスの試験運用を開始

英国ロンドン発:郵便事業会社 Royal Mail( RMG )と3Dプリント総合小売の iMakr.com は現地時間8日、ロンドン中心部のロイヤルメール配達局にて3Dプリントサービスを期間限定で試験的に運用すると発表した。

今回の3Dプリントサービス試験は、ニューキャベンディッシュ ストリート沿いにある Royal Mail 配達局で実施される。利用者は、iMakr が運営する3Dプリントライブラリ MyMiniFactory.com 等からダウンロードした STL ファイルを局内に設置されたプリンターで出力してもらえるほか、オリジナルデザインのプリントアウト依頼も可能。完成品は店頭での直接受け取りか、自宅配送のいずれかを選べる。また、専用ショップサイト上にある切手をかたどったマグネット( 5GBP )や iPhone ケース( 15 GBP )、郵便ポスト型のペン入れ( 25 GBP )にワインクーラースタンド( 45 GBP )など、ロイヤルメールのオリジナル3D商品のプリントもできる。同サイト上商品価格は配送料も含まれている。発注から配送までは2日ほどかかる見込み。

Royal Mail と iMakr による3Dプリントサービスの試行期間は発表当日から年明けまでの予定。試験運用の結果を見て、全国展開するかどうかを判断するとしている。

Royal Mail は、この3Dプリントサービスと、同社の提供する郵便サービスとを結びつけて収益向上を図りたい考え。

3Dプリントは今後成長が見込まれる主要産業と期待されるが、Gartner によると、2018 年までの世界全体における3Dプリンターの出荷台数は 230 万台ほどに留まるだろうという。中小企業からすれば、いまだ3Dプリンターのコストは高い。

Royal Mail は今回の試験運用を通じて、高額な3Dプリンターへの投資に難色を示しているこういった小規模事業者向け需要を掘り起こし、同時にオリジナル製品を求める一般消費者の3Dプリントに対する関心を高める狙いもある。

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2014年12月7日日曜日

あの「ボールドロイド」の3Dデータが早くも公開中

米国発:感謝祭明けの 11 月 28 日、YouTube に投稿された映画「 Star Wars 」シリーズ最新作( Episode VII:The Force Awakens )の公式予告編が、投稿初日に 582 万ビューという驚異的数字を叩きだして話題になっているが、その予告編にほんの一瞬だけ登場する可愛らしいドロイドの3Dプリント用データが早くも公開されている。

3Dデータ共有サイト Thingiverse 上に投稿されたこちらのデータがそれで、作成者によれば、まだ未完成だと断っているが、既に数名がこのデータに基いて出力した3Dプリントモデルの画像を公開している。公開データは単一の STL ファイル。

予告編が公開されて間もないため、この3Dプリント版「ボールドロイド」データ作成者は、追って「ボールドロイド」の詳細仕様が判明すれば、公開データに正確な寸法などの判明分を反映させる予定だという。現時点では、この「ボールドロイド」は R2-D2 とほぼ同じ直径の頭部を持つ1/1スケールモデルとなっている。この STL ファイルから「ボールドロイド」を製作した場合、外観塗装はプリントアウト後に各自で行うことになる。

このような実物大3Dモデルの製作となると、2,000-3,000 USD クラスのハイエンド機でないと難しいかもしれない。その手のプリンターがない場合、来年のクリスマスシーズンまでお預けになりそうだが、その頃になれば、もっと安価なリモコン付き玩具として大々的に売り出されているだろう(下は、公式予告編動画)。



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2014年12月1日月曜日

デュアルヘッドの大型対応 FFF 3Dプリンター「 Orcabot 」

オランダ発:今年で 20 年目を迎える成形業界の国際見本市 EuroMold が、11 月 25 日から3日間、フランクフルト国際見本市会場( メッセ・フランクフルト )にて開催された。今年の EuroMold で注目を集めた展示には、Prodim International B.V. の出品した新型3Dプリンター「 Orcabot XXL Dual Head 3D Printer 」もあった。

北ブラバント州ヘルモントに本拠を置く同社は3次元デジタイザー「 Proliner 」シリーズなどのユニークな発想のデジタル計測機器で知られている。EuroMold に出品した新型3Dプリンター「 Orcabot XXL 」はその名が暗示するように、FFF / FDM 方式では最大クラスの造形物の出力が可能。デュアルエクストルーダーおよび加熱ベッド方式を搭載しているので、ABS / PLA、ナイロン / PVA など異なる材質を同時に出力できる。本体は頑丈なアルミニウム製。販売価格はビジネスパック( フィラメント2リール付 )で 3,995 EUR。

「 Orcabot XXL Dual Head 3D Printer 」の主要仕様:
最小積層ピッチ:0.10 mm 
解像度:0.02 mm
対応フィラメント:PLA、ABS、PVA、フレキシブル、ウッドフィル、ナイロン PA12 他
最大造形サイズ:360x280x230 mm 




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