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3Dプリンター、新素材で革命 医療器具などに道

ゴム状・高強度…JSRや三菱化学

 3D(3次元)プリンターに「素材革命」が起ころうとしている。使える素材に制限があることが課題だったが、2015年にJSRや三菱化学は柔軟性や強度を高めた新素材を次々投入する。試作品や玩具以外にも個人のニーズに合う完成品を安く手軽に製造することが可能になりそうだ。

1月中旬、横浜スタジアム(横浜市)の脇にたたずむビルの一室。慶応義塾大学SFC研究所のラボには、3Dプリンターをはじめとする工作機械がずらりと並ぶ。

このラボに所属する環境情報学部の田中浩也准教授と、JSRの林田大造プロジェクトリーダーは、3Dプリンターの新素材の実用化のメドをつけた。JSRは今年から「ファブリアル」シリーズとして熱溶解積層方式の3Dプリンターに使う材料の展開を開始する。

義足など安価に

田中准教授との共同研究を通じて開発したのはゴムのように軟らかい材料だ。JSRが手掛ける点滴用のチューブやパックに使われるような医療用のポリマーの材料設計を見直した。ゴムと樹脂の中間の特性を持つ「熱可塑性エラストマー」と呼ばれる素材を独自のノウハウで加工し、柔軟性の高い材料を作った。

主に医療分野での応用を目指している。例えば、膝サポーターや義足、補聴器、ギプスで皮膚と密着する部分を軟らかい素材で作る。3Dプリンターは大量生産には向かないが、オーダーメードの多品種少量生産に適している。データを入力し、個人にあった部品を開発すれば、装着していても疲れにくく、体にフィットするものを安く簡単に作ることが可能だ。

林田氏は人間総合科学大学などにも通い、義足や義手の製作に3Dプリンターをどう生かせるか可能性を探る。「国内の医療機器メーカーへの技術紹介もすでに始めている」(同社)という。

3Dプリンターはもともと医療分野での活用が有望視されている。臓器の一部を模型として作製し、手術前のシミュレーションや練習ができる。患者の体への負担を軽減する手段として有効だ。硬いABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)樹脂などと異なり、JSRの素材を使えばメスのような刃を入れて、実際の手術に近い形を再現できる。「より臓器に近づけられる材料を作っていきたい」(小柴満信社長)

JSRは軟らかい素材に先駆けて、強度が従来の2~3倍高い材料を市場に投入した。通常の樹脂にJSRの特殊な樹脂を練り込み、強度を高めたという。3Dプリンターは研究開発の場で、試作品の成形に使われることが多かったが、高級車などの希少な部品や家電の筐体(きょうたい)部品として、完成品を作ることも可能になる。

「従来の3Dプリンターには素材の制約があり、本当に作りたいものを作れなかった」。田中准教授はこう指摘する。

3Dプリンターには、紫外線で樹脂を固めたり、金属を使ったりする様々な機種が存在する。現在、普及が広がっているのは熱溶解積層方式の机に置ける小型機種。価格は1台10万~数十万円の機種が多い。

だが同方式の機種で使える材料はABS樹脂やポリ乳酸樹脂の大きく2種類に限られる。強度や造形の幅に限界があり、「出来上がりはフィギュア止まり」(田中准教授)だったのが実情だ。

自作で補修部品

三菱化学子会社の三菱化学メディアは15年、柔軟性があったり、耐熱性が高かったりする樹脂など、6種類程度の材料を投入する。3Dプリンターは壊れた部品のスペアを作成する用途に向く。古くなったバイクのハンドルグリップ部分など、入手困難になった補修部品を自分で作るなど、使い方の幅が広がる。

三菱化学メディアはその社名より、記録メディアのブランド「Verbatim(バーベイタム)」が知られる。DVD-Rのシェアは米国をはじめ世界でトップシェアを持つなど認知度が高い。記録メディアの既存販路を生かし、3Dプリンター向け新素材市場の開拓に乗り出す。

材料を含めた3Dプリンターの世界市場は20年に1兆2000億円。13年比4.8倍に拡大する見通しだ。このうち3Dシステムズとストラタシスの3Dプリンター2強が存在する米国市場が4割程度の市場規模を持つ。日本は全体の数%と米国の10分の1にとどまるなど規模は小さい。

新たな製造革命を起こすツールとして、鳴り物入りで登場した3Dプリンター――。実際の普及機は一部の玩具や試作品の製造にしか使えないとの声もあった。素材革命が3Dプリンターの舞台をさらに広げるかもしれない。

(杜師康佑)

[日経産業新聞2015年2月25日付]

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