TED日本語 - リサ・ハルーニ: 3Dプリント入門


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TED日本語 - リサ・ハルーニ: 3Dプリント入門

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A primer on 3D printing


Lisa Harouni






It is actually a reality today that you can download products from the Web -- product data, I should say, from the Web -- perhaps tweak it and personalize it to your own preference or your own taste, and have that information sent to a desktop machine that will fabricate it for you on the spot. We can actually build for you, very rapidly, a physical object. And the reason we can do this is through an emerging technology called additive manufacturing, or 3D printing.

This is a 3D printer. They have been around for almost 30 years now, which is quite amazing to think of, but they're only just starting to filter into the public arena. And typically, you would take data, like the data of a pen here, which would be a geometric representation of that product in 3D, and we would pass that data with material into a machine. And a process that would happen in the machine would mean layer by layer that product would be built. And we can take out the physical product, and ready to use, or to, perhaps, assemble into something else.

But if these machines have been around for almost 30 years, why don't we know about them? Because typically they've been too inefficient, inaccessible, they've not been fast enough, they've been quite expensive. But today, it is becoming a reality that they are now becoming successful. Many barriers are breaking down. That means that you guys will soon be able to access one of these machines, if not this minute. And it will change and disrupt the landscape of manufacturing, and most certainly our lives, our businesses and the lives of our children.

So how does it work? It typically reads CAD data, which is a product design data created on professional product design programs. And here you can see an engineer -- it could be an architect or it could be a professional product designer -- create a product in 3D. And this data gets sent to a machine that slices the data into two-dimensional representations of that product all the way through -- almost like slicing it like salami. And that data, layer by layer, gets passed through the machine, starting at the base of the product and depositing material, layer upon layer, infusing the new layer of materials to the old layer in an additive process. And this material that's deposited either starts as a liquid form or a material powder form. And the bonding process can happen by either melting and depositing or depositing then melting. In this case, we can see a laser sintering machine developed by EOS. It's actually using a laser to fuse the new layer of material to the old layer. And over time -- quite rapidly actually, in a number of hours -- we can build a physical product, ready to take out of the machine and use. And this is quite an extraordinary idea, but it is reality today.

So all these products that you can see on the screen were made in the same way. They were all 3D printed. And you can see, they're ranging from shoes, rings that were made out of stainless steal, phone covers out of plastic, all the way through to spinal implants, for example, that were created out of medical-grade titanium, and engine parts. But what you'll notice about all of these products is they're very, very intricate. The design is quite extraordinary. Because we're taking this data in 3D form, slicing it up before it gets past the machine, we can actually create structures that are more intricate than any other manufacturing technology -- or, in fact, are impossible to build in any other way. And you can create parts with moving components, hinges, parts within parts.

So in some cases, we can abolish totally the need for manual labor. It sounds great. It is great. We can have 3D printers today that build structures like these. This is almost three meters high. And this was built by depositing artificial sandstone layer upon layer in layers of about five millimeters to 10 mm in thickness -- slowly growing this structure. This was created by an architectural firm called Shiro. And you can actually walk into it. And on the other end of the spectrum, this is a microstructure. It's created depositing layers of about four microns. So really the resolution is quite incredible. The detail that you can get today is quite amazing.

So who's using it? Typically, because we can create products very rapidly, it's been used by product designers, or anyone who wanted to prototype a product and very quickly create or reiterate a design. And actually what's quite amazing about this technology as well is that you can create bespoke products en masse. There's very little economies of scale. So you can now create one-offs very easily. Architects, for example, they want to create prototypes of buildings. Again you can see, this is a building of the Free University in Berlin and it was designed by Foster and Partners. Again, not buildable in any other way. And very hard to even create this by hand.

Now this is an engine component. It was developed by a company called Within Technologies and 3T RPD. It's very, very, very detailed inside with the design. Now 3D printing can break away barriers in design which challenge the constraints of mass production. If we slice into this product which is actually sitting here, you can see that it has a number of cooling channels pass through it, which means it's a more efficient product. You can't create this with standard manufacturing techniques even if you tried to do it manually. It's more efficient because we can now create all these cavities within the object that cool fluid. And it's used by aerospace and automotive. It's a lighter part and it uses less material waste. So it's overall performance and efficiency just exceeds standard mass produced products.

And then taking this idea of creating a very detailed structure, we can apply it to honeycomb structures and use them within implants. Typically an implant is more effective within the body if it's more porous, because our body tissue will grow into it. There's a lower chance of rejection. But it's very hard to create that in standard ways. With 3D printing, we're seeing today that we can create much better implants. And in fact, because we can create bespoke products en masse, one-offs, we can create implants that are specific to individuals.

So as you can see, this technology and the quality of what comes out of the machines is fantastic. And we're starting to see it being used for final end products. And in fact, as the detail is improving, the quality is improving, the price of the machines are falling and they're becoming quicker. They're also now small enough to sit on a desktop. You can buy a machine today for about $ 300 that you can create yourself, which is quite incredible.

But then it begs the question, why don't we all have one in our home? Because, simply, most of us here today don't know how to create the data that a 3D printer reads. If I gave you a 3D printer, you wouldn't know how to direct it to make what you want it to. But there are more and more technologies, software and processes today that are breaking down those barriers. I believe we're at a tipping point where this is now something that we can't avoid. This technology is really going to disrupt the landscape of manufacturing and, I believe, cause a revolution in manufacturing.

So today, you can download products from the Web -- anything you would have on your desktop, like pens, whistles, lemon squeezers. You can use software like Google SketchUp to create products from scratch very easily. 3D printing can be also used to download spare parts from the Web. So imagine you have, say, a Hoover in your home and it has broken down. You need a spare part, but you realize that Hoover's been discontinued. Can you imagine going online -- this is a reality -- and finding that spare part from a database of geometries of that discontinued product and downloading that information, that data, and having the product made for you at home, ready to use, on your demand? And in fact, because we can create spare parts with things the machines are quite literally making themselves. You're having machines fabricate themselves. These are parts of a RepRap machine, which is a kind of desktop printer.

But what interests my company the most is the fact that you can create individual unique products en masse. There's no need to do a run of thousands of millions or send that product to be injection molded in China. You can just make it physically on the spot. Which means that we can now present to the public the next generation of customization. This is something that is now possible today, that you can direct personally how you want your products to look.

We're all familiar with the idea of customization or personalization. Brands like Nike are doing it. It's all over the Web. In fact, every major household name is allowing you to interact with their products on a daily basis -- all the way from Smart Cars to Prada to Ray Ban, for example. But this is not really mass customization; it's known as variant production, variations of the same product. What you could do is really influence your product now and shape-manipulate your product.

I'm not sure about you guys, but I've had experiences when I've walked into a store and I've know exactly what I've wanted and I've searched everywhere for that perfect lamp that I know where I want to sit in my house and I just can't find the right thing, or that perfect piece of jewelry as a gift or for myself. Imagine that you can now engage with a brand and interact, so that you can pass your personal attributes to the products that you're about to buy.

You can today download a product with software like this, view the product in 3D. This is the sort of 3D data that a machine will read. This is a lamp. And you can start iterating the design. You can direct what color that product will be, perhaps what material. And also, you can engage in shape manipulation of that product, but within boundaries that are safe. Because obviously the public are not professional product designers. The piece of software will keep an individual within the bounds of the possible. And when somebody is ready to purchase the product in their personalized design, they click "Enter" and this data gets converted into the data that a 3D printer reads and gets passed to a 3D printer, perhaps on someone's desktop.

But I don't think that that's immediate. I don't think that will happen soon. What's more likely, and we're seeing it today, is that data gets sent to a local manufacturing center. This means lower carbon footprint. We're now, instead of shipping a product across the world, we're sending data across the Internet. Here's the product being built. You can see, this came out of the machine in one piece and the electronics were inserted later. It's this lamp, as you can see here. So as long as you have the data, you can create the part on demand.

And you don't necessarily need to use this for just aesthetic customization, you can use it for functional customization, scanning parts of the body and creating things that are made to fit. So we can run this through to something like prosthetics, which is highly specialized to an individual's handicap. Or we can create very specific prosthetics for that individual. Scanning teeth today, you can have your teeth scanned and dental coatings made in this way to fit you. While you wait at the dentist, a machine will quietly be creating this for you ready to insert in the teeth.

And the idea of now creating implants, scanning data, an MRI scan of somebody can now be converted into 3D data and we can create very specific implants for them. And applying this to the idea of building up what's in our bodies. You know, this is pair of lungs and the bronchial tree. It's very intricate. You couldn't really create this or simulate it in any other way. But with MRI data, we can just build the product, as you can see, very intricately. Using this process, pioneers in the industry are layering up cells today. So one of the pioneers, for example, is Dr. Anthony Atala, and he has been working on layering cells to create body parts -- bladders, valves, kidneys. Now this is not something that's ready for the public, but it is in working progress.

So just to finalize, we're all individual. We all have different preferences, different needs. We like different things. We're all different sizes and our companies the same. Businesses want different things. Without a doubt in my mind, I believe that this technology is going to cause a manufacturing revolution and will change the landscape of manufacturing as we know it.

Thank you.


遂に現実のものとなろうとしています-- 製品をというか...製品のデータを Webからダウンロードして 自分好みに手を加えたり カスタマイズしたりして これをある卓上機器に送信すれば その場で製品が 出来上がってしまうんです 私たちが皆さんの代わりに ご希望のものを ささっと造ることもできます こんなことができるのは 積層造形技術― もしくは3Dプリントという 新技術のおかげです

これが3Dプリンタです この機器は 30年近くも前から存在していて そう考えると驚くべきことですが 広く知られるようになったのは ごくごく最近のことです これにはもちろんデータが必要です このペンのデータを入稿してみましょう データは3Dで形状を記述するようになっています これを材料とともに プリンタに入れます プリンタ内でこれを 一層一層処理していきます こうして完成品ないし 何かのパーツとしての 造形品ができあがります

しかし30年もこういったものがあるのに なぜ知られていなかったのでしょう? これらは概して非効率的で 入手は困難 処理速度は遅く 更に とても高額であったため あまり知られずにいました しかし 今日では 多くの障壁がなくなり 3Dプリンタが 現実のものになりつつあります 今すぐとは言わなくても 皆さんも近い将来には 3Dプリンタが使えるようになるんです 3Dプリンタは 製造業を変革します そして 私たちの生活 ビジネス 私たちの子ども達の生活も変革します

3Dプリンタはどのように動作するのでしょう? 基本的にはCADデータという 業務用の製品設計プログラムで作られた 製品設計データを読み込ませます 彼はエンジニアですが 建築家や製品デザイナーなども 3D製品を作っています そしてこのデータをプリンタに送り 全体を2Dの断面図へと 輪切りにしていきます サラミを スライスするようなものです このデータを一枚ずつ転送して 製品の足下から造形が始まります そこから上へ上へ つまり 前の層に次の層を重ねる 積層過程をとっています 材料ですが 液体か 粉末のものを使用します 次に接合過程ですが 溶かして積むか 積んでから溶かします こちらはEOS製のレーザー焼結機です 実際にレーザーを使用して 古い層に新しい層を焼結するものです 早送りしましょう -- 数時間を経て 実際に使用可能な 製品が完成します こんなにも素晴らしいアイディアが 現実のものとなりつつあるんです

画面上のものは全て 同じ方法で-- 3Dプリンタで造られたものです ご覧の通り 靴を初め ステンレスの指輪 プラスチックの携帯カバー 脊椎のインプラントは 医療用チタンで作りました 更に エンジンのパーツもあります 皆さんお気づきでしょう これらは全て 入り組んだ大変複雑な製品です 並外れた構造です 機器にデータを送信する前に 3Dのデータを2Dに輪切りしているため その他の造形技術よりも 複雑な構造のものを造形できるのです 実際のところ 3Dプリンタ以外では こういったものは作れないかもしれません それだけでなく ヒンジなどの動く部分を含むパーツ つまりパーツの中のパーツも作れるんです

手作業の必要性が完全に無くなるところも でてくるということです すごいですよね 本当にすごいんですよ 今日の3Dプリンタは こんなものまで作れるんです 高さは3m弱にも達します 厚さ5 - 10mmの 人口砂岩のスライスを ゆっくりと一枚ずつ 重ねて できたものです これはShiroという建築会社の作品です 実際に中を歩くこともできますよ 全く正反対に 極小のものも作れます このパーツの 一枚の層の厚さは4μmです この繊細さは圧巻です 驚くほど繊細な ディテールを再現してくれます

さて 誰が使うんでしょうか? 製品がとても早く作れる性質上 製品デザイナーが多く使用してきました もしくは 製品の試作品を作りたい時や 素早く反復的にデザインを改良していく時に利用されます このテクノロジーのすごいところは オーダーメード製品を大量生産できることです 規模の経済はほとんど関係ありません 特注製品が容易に作れるようになりました その他には例えば 建築家は模型を作りたいですよね こちらは ベルリン自由大学です フォスター・アンド・パートナーのデザインです 3Dプリンタなしでこの模型は作れません 手で組み立てるとしてもかなり大変でしょうね

こちらはエンジンパーツです Within Technologiesと3T RPDという企業が 共同製作したものです 内部構造も 本当に本当に繊細です 3Dプリント技術によって デザインの障壁が 取り除かれ 大量生産が可能となります こちらはエンジンを分解したものです 膨大な数の冷却経路が見えますね つまりそれは効率の良い製品である事を意味します 通常の生産技術はおろか手作業でも このパーツは作れません 冷却水を冷却するための 経路をパーツ内に作ることにより 効率化が図られています 使用範囲は 航空宇宙産業や自動車産業にも及びます パーツも軽量化されますし 材料の廃棄も減ります そのため従来の大量生産以上の 生産性と効率性を確保できるのです

このような複雑な構造が 作成できるということを ハニカム構造に応用して インプラントを作ることができます インプラントにおいては 通常 多孔性のものの方が 理想的です なぜなら 体の組織が隙間にまで成長できる上に 拒絶反応の心配も少なくなります しかし 従来の方法では思うように作れません 3Dプリンターの到来に伴い これからはよりよい インプラントが作れるようになったのです 実際 オーダーメイドの製品を 大量に作ることができるということは つまり 各個人に合わせた インプラントが作れるということです

お気づきの通り このプリンタも 生み出される製品の品質も素晴らしいものです 最終製品の 製造にも利用されることでしょう 実際 ディテールや クオリティが向上したので 動作速度も改善されて より廉価になってきています 更に小型化も進み 机の上にも載せられます 組立て式のものなら 現在 販売価格は300ドル程度です 本当に驚かされるばかりです

しかし ここで疑問が浮上します なぜ 自宅に持っていないのか? その理由は単純で 皆さんは 3Dプリンタ用のデータを 作れないからです 皆さんが3Dプリンタを持っていたとしても それをどう操作して 欲しいものを作るのかが分かりません しかし テクノロジーやソフトウェア そして作業手順の改善により こういった障壁もなくなりつつあります 私たちは 3Dプリンタを避けては通れない ところまで来ています 実際にこのテクノロジーによって 製造業は 大きな変化を迎えるでしょう 更に革命が起こるのではないかと 私は考えています

今日では Webから製品データを落とせます 机の上にあるような ペン ホイッスル レモン絞り器など Google SketchUpのようなソフトで いとも簡単に 一から製品デザインをすることもできます 3Dプリンタを使って Webからスペアパーツを落とすこともできます 想像してみてください 自宅の掃除機を考えてみましょう 壊れたらスペアパーツが必要ですよね しかし 製品の製造は終了していたとします でも実際には インターネットにアクセスして デザインデータベースから 製造が終了してしまった パーツのデータを探して それをダウンロードできるんです 自宅でこれを3Dプリントすれば すぐに利用可能なんです 実際にパーツが作れるということは 文字通り 機械が自分で 自分自身を作ることもできます 自分自身を作り上げる機械ですよ これは一種の卓上プリンターで RepRapというものの部品です

しかし 我々が最も関心を寄せているのは 個々のニーズに合わせた 特注製品の大量生産です 膨大な量の製品検査も 組み立てのために 製品を中国に送る必要もなくなります 全て目の前でできあがってしまいますから 言い換えれば 次世代のオーダーメードが 利用可能になったということです 誰もが自分の好みに合わせて 完成品をデザインすることが 可能となったのです

オーダーメードやカスタマイズの考え方には 皆さん慣れ親しんでいることでしょう Nikeなどが大手がやっているオーダーメードが Web上で誰でもできるのです 実際 大手ブランドはよく 顧客に対して 自社製品と 触れあう場を提供しています 例を挙げるなら Smart や Prada や Ray Banなどがそうですが これは真の特注大量生産ではありません 同一製品を少しいじくっただけの 異形製品と呼ばれるものです しかし3Dプリンタの到来により 自由に形状を変えることができます

こんな経験はありますか? 先日ランプを買いにいったとき 私はランプの形状も 置く場所も完璧に頭に思い浮かべながら 店中ランプを探し回ったのですが 理想のランプを見つけることが出来ません 自分へのご褒美としてのジュエリーを探した時だって 見つけることができませんでした ブランドと提携して 自分の好みを 反映させた製品を 買っている自分の姿を 想像してみてください

このようなソフトを使えば 3D製品を ダウンロードすることができます これはプリンタが読み込む データの一例です こちらはランプのものです もちろん何度もデザインすることが可能です 完成品の色だけでなく 素材まで決められます 更には 製品の形状もいじることができます もちろん安全な範囲内でですよ 当然 皆がプロのデザイナーというわけではありませんから このソフトは安全性を逸脱した デザインの変更ができないよう設定されています 自身でデザインした製品が 購入可能な状態になって Enterをクリックすれば3Dプリンタ専用の データに変換されて 3Dプリンタに送信されます 多分プリンタは机の上でしょうかね

しかし 今すぐにこれが 利用可能になるとは思ってません 実現可能性という面では データを近所の製造センターに 送るという方法が濃厚でしょう カーボンフットプリントの削減にも繋がります 世界中で製品を輸送せずとも ネット上のデータのやりとりで済むんです こちらは完成したばかりのものです ご覧の通り ランプ本体が出来上がるので あとは電気を通せるようにすれば それで完成です つまり データがあれば 必要なときにパーツが作れます

更に 3Dプリンタは 外観上のカスタマイズだけではなく 機能上のカスタマイズにも使えます 身体をスキャンすれば ぴったりフィットするものができます つまり 千差万別な身体障害に対応した 補綴装置を作ることもできるんです もしくは 個々の症例に合せてカスタムメードの 補綴装置も作れます 今日では 歯をスキャンすれば 寸分の狂いもない被せものができます 歯医者で待っている間に 3Dプリンタが静かに作業を進めて すぐに使える被せものを作ってくれます

さてインプラントに関しては MRIデータを3Dデータ化することが 可能になったことで オーダーメードインプラントの作成が可能になりました この手法は 体内の臓器にも応用できます これは肺と気管支樹です とても精密にできてますよ 3Dプリンタ以外ではまずできません MRIデータがあれば 非常に精巧な 造形が可能になります 今日ではこのプロセスを利用して 業界のパイオニアらは細胞を積層しています その一人がアンソニー・アタラ博士です 彼が取り組んできたのは 膀胱 弁膜 腎臓といった 臓器の3Dプリントです 現段階では利用できませんが 開発は進んでいます

最後に 人は皆違うものです 好みやニーズは 各個人によって異なります 体の大きさも様々です 企業だって同様で ビジネスのニーズもばらばらです 間違いなく 私たちの知る製造業は 3Dプリント技術の到来によって 大きな変化を迎えることになるでしょう



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