『ファブリケイテッド』（2013年）は、積層造形——より一般的には3Dプリンティングとして知られる技術——の仕組みを詳しく解説する一冊です。このテクノロジーのより未来的な可能性を探求することに加え、私たちの生活により身近な影響についての洞察も提供します。
本書でわかること：3Dプリンターが私たちの未来をどう形づくるのか
一見すると、3Dプリンティングはニッチな市場に思えるかもしれません。リビングでかわいいフィギュアのような、取るに足らないものを作っている人を知っているかもしれません。確かに3Dプリンティングは面白い技術ですが、それほど革命的には見えないのも無理はありません。しかし、今日私たちが目にしているのは、氷山の一角にすぎないのです。
今後数十年の間に、3Dプリンティングは仕事から料理、重篤な病気の治療法に至るまで、私たちの生活の多くの領域を変えていくでしょう。本書では、この新興技術が持つ潜在的な力について詳しく解説します。具体的には、以下のようなトピックを取り上げます。
- 大富豪でなくても「生産者」になれる理由
- デザイナーズ義足について
- 3Dプリンティングは環境を救えるのか
コンピュータとデザインファイルを使えば、3Dプリンターはあらゆる物体を一層ずつ作り出すことができます。
コンピュータにあまり詳しくなくても、日常的に使うインクジェットプリンターの使い方はご存知でしょう。「印刷」をクリックすれば、文字や写真が印刷された紙が出てきます。3Dプリンターは全く別の話です。2次元の紙にインクで印刷するのではなく、3Dプリンターはさまざまな素材から、サイズや形の異なる物体を作り出すように設計されています。
通常のプリンターと同様、3Dプリンターもコンピュータなしでは何もできません。コンピュータはデザインファイルから3Dプリンターに情報を送信する必要があります。デザインファイルとは、基本的に作りたいものの電子的な設計図です。たとえば、お気に入りの17世紀の真鍮の花瓶のコピーをプリントしたい場合、まず正しいデザインファイルを入手する必要があります。それがあれば、コンピュータがプリンターに、あらゆる点で完全に一致するレプリカを作るよう指示できます。プリンターは、3次元の物体を一層ずつ丹念に積み上げていくことでこれを行います。真鍮の花瓶の場合、底から始まり、土台となる薄く平らな真鍮の層を作ります。
それが固まると、最初の層の上に次の層が追加されます。そして最後の層が固まってから新しい層を追加するというプロセスが、花瓶全体が完成するまで続きます。各層の寸法を変えることで、どんな形の物体でも作り出すことができます。このプロセスを使えば、デザインファイルに詳細が含まれている限り、誰でもどんな物体でも製造できます。ここから先では、3Dプリンティングが私たちの生活、経済、環境に与える大きな影響を探っていきます。しかしまずは、それを可能にするソフトウェアについて詳しく見ていきましょう。
デザインソフトウェアは、物体の実現を助ける3次元環境を作り出します。
家にある家具のほとんどは、高度なコンピュータソフトウェアを使ってデジタルで設計されたものだということをご存知ですか？おそらく、机の上のランプも、机そのものも、かつてはコンピュータファイルの中の0と1としてのみ存在するコンセプトでした。デザインソフトウェアの優れた点は、デザイナーやエンジニアが3次元環境でデザインを形作り、モデル化できることです。これは2次元の設計図にはない幾何学的な可能性に満ちた世界を提供するため、非常に有用です。
周りを見回してみてください。目に入るすべてのもの——この世界全体——は、無数の相互作用する形で構成されています。明らかに、これらすべての形の立体性を平らな紙の上に正確に表現するのは困難です。しかし、3Dデザインソフトウェアを使えば、家でも車でもコーヒーマグでも花でも、作りたいどんな物体でも完璧なモデルを作成できます。このソフトウェアは、XYZ座標系と高度に複雑な数式を含むプログラミングを使用して、正確な再現を作り出します。これにより、物体を動かしたり、あらゆる角度から観察したり、細部に至るまでデザインしたりできます。
物体を逆さまにしたり、真上から見たりすることもできます。XYZ座標はあなたが望むどんな角度にも再調整されます。物体のプロポーションを調整することもできます。たとえば、花瓶の口を広げるのは、画面上で引き伸ばすだけです。小さくするのも同じくらい簡単です。
これらはすべて簡単に行えます。全体をデザインし直す必要はありません。このように、3Dデザインソフトウェアは非常に貴重なサービスを提供します。実験し、ビジョンを実現するための安全な環境を与えてくれるのです。次の章では、3Dプリンティングが従来の生産方法とどう違うのかを見ていきます。
大量生産や職人の手工芸と比較すると、3Dプリンティングには大きな利点があります。
3Dプリンティングには本当にどんな利点があるのか、疑問に思うかもしれません。これまでのところ、従来の生産方法は機能してきたわけですから。確かに、今日の大量生産方式は特定の製品を効率的に生産することを可能にしています。しかし、製品を変更する必要があるときに問題が生じます。
生産ラインが構築されると、すべての機械と各作業員には非常に特定のタスクが割り当てられ、正確かつ低コストで作業が行われます。同じ製品を何百万個も大量に生産したい場合にはうまく機能します。一方で、デザインの細部を1つ変更することさえ難しくなります。歯ブラシを製造しているとします。ある日、ひらめきが降りてきて、新しい改良モデルの天才的なアイデアが浮かびます。残念ながら、あなたと会社にとっては大きな変更を意味します。スタッフが再訓練され、新しいタスクを割り当てられるまで生産を開始できないのです。
想像できるように、新しい製品が複雑になればなるほど、再編成プロセスは難しくなります。では、あなたが何らかの職人だとしましょう。手仕事による生産は大量生産の正反対です。製品は通常、手作りで一点ものであり、組み立てラインでは作れないものです。手作りの製品は生産により多くの時間とお金がかかりますが、生産者により多くの自由をもたらします。デザインを変更したり、カスタムの工夫を加えたりするのは簡単です。
たとえば、顧客がパーソナライズされた花瓶を注文したい場合も問題ありません。彫刻家は独自の銘文を加えることさえできます。難点は、手作りビジネスでは生産できる製品の数が限られていることです。しかし、それを補う利点もあります。たとえば、間接費が少ないことや、顧客がユニークな製品にはより高いお金を払う意思があることです。でも、手作りと大量生産の中間点を見つけられたら素晴らしいと思いませんか？そこに3Dプリンティングの出番があります。
大量生産と同様、3Dプリンティングでは無限の数の正確な複製を作ることができます。プリント工程は単純なステップに分解して生産量を増やし、単価を下げることはできませんが、デザイン変更の自由を可能にします。いつでも、ビジネス上の影響を恐れることなく、製品デザインを簡単に変更できます。
3Dプリンティングはイノベーションを安全で手頃なものにし、製造業界に革命を起こす可能性があります。
1世紀以上前、組み立てラインは製造業の現状を覆しました。それは雇用市場と企業のビジネス方法を永遠に変えたのです。そして、3Dプリンティングはまさにこの種の破壊的な可能性を秘めています。まず第一に、クラウド製造によって従来の生産システムは革命を起こす可能性があります。
現在、製造業の大半は少数の巨大工場によって行われています。しかしクラウド製造は、生産を分散化し、小規模な貢献者のネットワークに広げることで機能します。製品があれば、デザインファイルをクラウドに追加するだけで、システムが適切な製造業者にマッチングし、注文を受け取り、あなたの住所に届けることを保証します。この方法なら、さまざまな選択肢があります。大量注文をプリントすることも、単品のパーツも、その中間のどんな量でも可能です。たとえば、ここ数ヶ月かけて自分の自転車をデザインして試してみたいと思っているかもしれません。
クラウド製造を使えば、自転車のパーツを翌日に届けてもらい、自分で組み立てて試乗することができます。このビジネスモデルは、大工場、高価な機械、それを操作するエンジニアから焦点を移します。小規模な製造会社が市場に参入できるようにし、ビジネス界の運営方法を必然的に変えていくでしょう。大量生産に頼る必要はもうありません。クラウド製造は、デザインファイルさえあれば誰でもビジネスを始めるチャンスを与えます。このビジネスモデルは、リスクとコストを大幅に削減するため、より多くのイノベーションにもつながります。今日の大手製造会社は巨大で複雑で高価な設備と技術を使用しているため、どんなイノベーションの試みにも莫大な投資が必要です。
そのような投資は大きなリスクを意味します。失敗すれば企業は深刻な損失を被る可能性があるからです。3Dプリンティングは実験のコストとリスクを取り除きます。新製品のテストランをプリントしたければ、デザインファイルを準備して「印刷」をクリックし、結果を見ればいいのです。
私たちはすでに、人体パーツや食品など、命を救う物体をプリントし始めています。
おそらく3Dプリンティングで最もエキサイティングなのは、無限の可能性です。標準的な物質的な商品を簡単にプリントできることに加えて、この技術は命を救う可能性も秘めています。人々はすでに、3Dプリンティングの「生命のはしご」と呼ばれるものを登り始めています。生命のはしごとは複雑さを表すモデルで、各段が特定のものをプリントする難しさを示しています。
はしごの下の段には、比較的プリントが簡単なもの——補聴器や人工関節などの無生物——が位置しています。はしごの途中からは、より複雑になります。生体組織、骨、皮膚、血管などです。その後に肝臓、腎臓、心臓などの臓器が続きます。はしごの最上段には生物がいます。私たちは生命のはしごの頂上からはまだ遠いですが、人の体に完璧にフィットするように設計された置換骨など、下の段のものをプリントするのはかなり上手になってきています。カリフォルニアにはBespoke Innovationsというスタートアップもあり、個々の体にフィットするだけでなく、その人のライフスタイルや個性を引き立てるようにデザインされたカスタムメイドの義足をプリントしています。
将来、私たちはおそらく食品の3Dプリントを始めるでしょう。長い一日の仕事の後、食事の準備をするのが一番嫌だということもあるでしょう。仕事からメールを送って、帰宅したときにラザニアとティラミスを用意しておくよう3Dプリンターに指示することを想像してみてください。そのアイデアはそれほど突飛なものではありません。3Dフードプリンターはすでに研究室でテストされています。
Zigelbaum & Coelhoというデザインチームは、Cornucopiaというプロジェクトを立ち上げました。これは4つの異なる3Dフードプリンターで構成され、それぞれが異なるタイプの「調理」を担当しています。そのうちの1台はチョコレートをプリントアウトします。最後の章では、3Dプリンティングが提起するいくつかの懸念について見ていきます。
環境に関しては、3Dプリンティングには利点と欠点の両方があります。
3Dプリンティングは多くの懸念を引き起こしています。その中でも最たるものが二酸化炭素排出量です。今日、ほとんどの製造企業は製品の製造と輸送に石油系燃料を使用しており、その結果、大きな二酸化炭素排出量で環境に害を与えています。これらの企業はまた、地球と海を汚染する大量のリサイクル不可能な廃棄物を生み出しています。
残念ながら、3Dプリンティングは通常の製造方法に関連する環境問題を解決しません。実際、現在の大量生産基準と比較すると、二酸化炭素排出量と廃棄物生産はさらに悪くなる可能性があります。無駄な材料の中で、プラスチックは最悪の部類です。それはどこにでもあり、ほとんどすべてがプラスチックで梱包されています。そしてプラスチックは、多用途で安価ではあるものの、環境に優しくありません。これは3Dプリンティングの大きな問題であり続けています。
ノッティンガム大学の研究者によると、3Dプリンターはエネルギーの大食漢です。たとえば、平均的な3Dプリンターと従来の生産機械に同じ重さの物体を作るよう指示した場合、3Dプリンターは従来の機械の最大10倍の電力を消費します。また、多くの産業用3Dプリンターは熱硬化性プラスチックを使用していますが、これは加熱後にリサイクルできない素材であり、実際にはより多くの廃棄物を生み出します。しかし、悪いニュースばかりではありません。ノッティンガム大学の研究者はいくつかの利点も発見しました。従来の製造業者はプラスチックを加熱して型に押し込んだ後、「離型剤」を使ってプラスチックを引き剥がします。
これらの物質は一般的に有毒な化学物質で、生成される有害廃棄物をさらに増やします。3Dプリンティングでは、工程でプラスチックが同じ温度まで加熱されないため、離型剤が不要です。3Dプリンティングの環境面での利点のもう1つの良い例は金属です。従来の金属製造では、文字通り何トンもの無駄な副産物が生じます。
たとえば、飛行機の部品を作る際、製造業者はわずか1キログラムの部品を作るために15キログラムの金属を加工します。対照的に、3Dプリンターが使う残りの金属粉末はほぼ100パーセントリサイクルできます。明らかに、3Dプリンティングは世界のすべての問題を解決できるわけではありませんが、まだ初期段階であり、この技術を探求し続ける価値のある利点とエキサイティングな可能性があります。
まとめ
本書の重要なメッセージ：3Dプリンティングの時代が到来し、私たちの人生を変える可能性を秘めています。 このテクノロジーはまだ初期段階にあり、大量生産と比較して特定の分野では欠点もありますが、将来は大きな機会と革新的な解決策を提供することは間違いありません。
さらに読みたい方へ： 『メイカーズ』 クリス・アンダーソン著 『メイカーズ』（2012年）は、インターネットとデジタル製造技術によって可能になった製造業界の急激な変化を概説し、ビジネスと社会への影響を探ります。
