3Dプリンター技術の登場によってデザイン過程や加工生産に革新がもたらされました。しかし、今回、その3Dプリンターをも過去の物にしてしまうかもしれない新たな技術、「レプリケーター」が開発されています。従来の層を重ねることで組み上げる3Dプリンターとは異なり、固まっていない樹脂に一斉に光を当てることで一気に立体物を作り上げることができるのです。
「レプリケーター」とは、アメリカの人気テレビシリーズ『スター・トレック』に出てくる、非生物なら何でも複製できる装置のことです。研究を行ったのは、カリフォルニア州立大学バークレー校のハイデン・テイラーを中心としたグループで、成果は「Science」誌に掲載されています。
Credit: Mythcreant.com
装置の原理は、CTスキャン装置を逆転させたものと考えるとわかりやすいでしょう。CTではX線を照射する円筒が患者の回りを回転することで、体内を複数の角度から撮影し、得られた画像を再構築することによって立体画像を作ることができます。
このCTの仕組を逆転させれば、コンピューター内にある立体データから実際の立体物を作れることに、研究者たちは気づきました。
レプリケーターで「考える人」を作る
立体データから様々な角度の2次元画像を作って、通常のプロジェクターへと送り、プロジェクターは透明な円筒容器に満たされた合成樹脂モノマーであるアクリル酸へと画像を光として照射します。プロジェクターは360度すべての角度からの画像を順番に照射し、それに合わせて容器も回転します。あるポイントが受け取った光の総量が閾値を超えるとそこにある液状の樹脂は固まります。
Credit: UC Berkeley
化学的に説明すると、今回の実験で使われたアクリル樹脂は光硬化性樹脂です。光を吸収してある閾値を超えると硬化するのですが、モノマー同士の間で化学結合が生まれて重合体となり、固まってプラスチックになっているのです。
光が照射される時間はおよそ2分間で、作られた立体像の大きさは2-3センチ四方。作ったのは、ロダンの彫刻「考える人」のレプリカです。
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この技術には他の3Dプリンターとは異なる高い柔軟性があります。例えば、支える部分のない立体物を作ったり、すでにある固形物の周りに作ったりできます。また、出来上がった立体物の表面はなめらかで、レンズのような光学部品の製造にも使えるでしょう。
動画で見ると明らかなように、その形成スピードは高速です。動画では編集してあるとは思いますが、たった2分間で考える人を作ってしまえます。また、光があたった部分から少しずつ立体が浮かび上がってくる様子はまさに、スタートレックのレプリケーターです。今後の改良次第で、3Dプリンターの主流になるかもしれませんね。
参考記事: Nature
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