3Dプリンターは様々な分野、製造業から医療、教育、芸術まで、革新的なツールとして利用されています。そして、その可能性をさらに広げるために新たな素材が注目を集めています。その素材とは「シリコン」です。
シリコンとは？
シリコンは化学構造が非常に多用途で、シールからジョイント、ウェアラブル、医療機器、ロボットのグリッパ、調理器具、熱的あるいは電気的絶縁体などで広範囲に使用されています。しかし、シリコンの3Dプリントは技術的に難しく、材料に対応する3Dプリンターは市場に出回っていますが課題も多くあります。
シリコンの3Dプリント
シリコンは粘度が非常に高いため、3Dプリントで正確に形状を再現することは難しいです。しかし、3Dプリント技術が進歩した現在、シリコンを3Dプリントできるかどうかという問いに対する答えは「できます」です。
シリコンに対応する3Dプリンタとその代替方法は大きく分けて3種類が考えられます。
- シリコン材料のダイレクトプリント：シリコン対応の3Dプリンタでシリコン100%の材料を直接プリントします。
- シリコンライク材料の3Dプリント：樹脂3Dプリントにはシリコンに近い特性を持つ材料がいくつか存在し、用途によってはシリコンの代替品となる可能性があります。
- 3Dプリント製樹脂型での鋳造・成形：3Dプリントで量産移行前の簡易型を高速で製作する（ラピッドツーリング）ことで、開発プロセス完了後に量産用金型を製作する前の工程を簡略化・高速化することができます。
他の材料と比べたときの特徴的な違い
- 粘度と硬化：シリコンは粘度が非常に高く、3Dプリントで正確に形状を再現することは困難です。また、加熱して押し出したり、光硬化性樹脂材料のようにUV光で硬化させることはできません。これらの特性は、他の一般的な3Dプリント材料（ABS、PLAなど）とは異なります。
- 特殊な3Dプリンターの必要性：シリコンの3Dプリントには特殊な3Dプリンターが必要で、これらのプリンターは比較的新しく、依然として実験的なものとなっています。
- 代替手段の利用：シリコンに近い特性を持つ3Dプリント用材料が提供されているほか、3Dプリントでシリコン部品成形用の樹脂型を製作するなど（樹脂型射出成型）、従来工法に3Dプリントを取り入れることも可能です。
シリコンを3Dプリンターを応用して活用する事例
- 消費者向け製品や自動車部品、産業機器などの製品開発: コネクタ、グロメット、アクチュエータ、キーパッド、腕時計バンドなど、弾力性のある製品のラピッドプロトタイピング、ベータ品のテスト、検証工程に使用されます。
- 少量生産やカスタム製造: シールやガスケットなどの屋内実製品用部品の少量生産やカスタム製造のコスト効率化に利用されます。
- 治工具や金型の製作: 柔軟性のある鋳造用金型、治工具、マスキングツールなど、高品質で長持ちするカスタム治工具や金型の製作に使用されます。
- 医療機器部品の製造: 1人ひとりの身体の形状に合わせてシリコン医療器具を造形できるため、今まで以上に患者に寄り添った医療を実現できます。例えば、患者ごとにカスタマイズした義肢装具や補聴器の製造に利用されます。
- 複雑な形状の部品の製造: 従来の方法では製造が困難な複雑な形状の部品の製造にも利用されます。
シリコンの3Dプリントの未来
シリコンの3Dプリントはまだ発展途上の技術ですが、その可能性は無限大です。特に医療分野では、患者一人ひとりの身体の形状に合わせてシリコン医療器具を造形できるため、今まで以上に患者に寄り添った医療を実現できます。
また、シリコンの3Dプリントは、従来は金型成形品として製造していたものを3Dプリンターから作り出すことが可能です。これにより、金型コストを削減でき、最終部品に採用すればさらなるコスト削減が期待できます。
まとめ
シリコンの3Dプリントは、その特性と可能性から、製造業界における次世代の製造技術として注目されています。現在はまだ発展途上の技術であり、多くの課題が存在しますが、その解決に向けた研究開発が進められています。シリコンの3Dプリントが一般化すれば、製造業界はもちろん、医療、建築、芸術など、さまざまな分野で新たな可能性が広がることでしょう。
