もし、あなたの目の前に、手のひらサイズだった3Dプリンターの造形物が、等身大、あるいはそれ以上のサイズで現れたとしたら、その光景はまさに未来そのものでしょう。当研究所では、この夢のような技術を現実のものとすべく、大型3Dプリンティングという壮大な挑戦に日々取り組んでおり、未来のものづくりを拓く最先端の技術開発を進めています。
私たちは、この大規模な挑戦において、比較的安価で多種多様な材料に対応可能なFDM（熱溶解積層）方式の3Dプリンターを採用しています。FDM機を複数台使い、設計段階から現場での運用まで見据えた検証を進めています。大型出力は、現実の規模に近い挙動を観察できる点が大きな利点であり、教育や展示、社会での活用にも役立つ知見を生み出せます。



（写真１・２）大型造形物とテスト用ピース

こちらは、大型造形を実現するための重要な第一歩、テスト用ピースや初期の大型造形物の様子です。たった一つのパーツを巨大化するだけでも、素材の選定から積層条件、そして強度計算に至るまで、数々の綿密な検証が求められます。研究員たちは、微細な設定変更にも目を凝らし、試行錯誤を繰り返すことで、一つ一つのピースが未来の巨大造形物へとつながる貴重なデータとなるよう、日々努力を重ねています。


（写真３）３Dプリンターで出力した中型立像

こちらは、３Dプリンターでの中型立像（高さ60ｃｍ）の制作過程を捉えた写真です。
3Dソフトで緻密にモデリングした人物像をFDM方式で出力し、それらを組み上げて立体として形にしていく過程は、研究者にとって何物にも代えがたい喜びをもたらします。

しかしながら、FDM方式を用いた大型出力には多くの技術的な壁が立ちはだかります。小型造形であれば数時間で完了する出力も大型になると日単位に及ぶことがあり、長時間の造形プロセスにおいてプリンターの微小な不調や室温・湿度の変化、さらにはフィラメントの品質が致命的な失敗につながることも少なくありません。私たちは、このような長時間の安定稼働を実現するため、独自のノウハウを構築することに注力しています。

特に大型造形においては、冷却に伴う材料の収縮による「反り（ワーピング）」や「歪み」が発生しやすく、最終的な形状精度を保つことが極めて困難です。この課題を克服するため、最適な材料選定、プラットフォームの温度管理、そして造形条件の最適化など、日々試行錯誤を重ね、その解決に挑んでいます。また、FDM特有の積層方向による強度の異方性を考慮し、自重を支え、外部からの力にも耐えうる堅牢な構造設計が求められるだけでなく、複数のパーツを組み合わせる際に、いかに自然で一体感のある仕上がりにするかといった、接合技術や後処理技術もまた重要な要素となります。
さらに、巨大なモデルデータを扱うことによる処理負荷の高さも課題の一つであり、最適なプリント経路やサポート材の配置を見つける作業には、専門的な知識と経験が必要です。加えて、連続稼働による部品の摩耗やノズル詰まり、ファン故障などの信頼性リスクにも常に目を光らせ、確実な対策を講じています。

最後に、大型3Dプリンティング技術の確立は、ものづくりの概念を一変させる可能性を秘めています。大型のプロダクトデザイン試作、建築物の部品製造、アート作品における新たな表現の開拓、そして災害時における迅速な支援物資の製造など、その応用範囲は無限大に広がると確信しています。
当研究所は、これからも最先端の技術を追求し、この大型3Dプリンティングが持つ無限の可能性を最大限に引き出し、未来のものづくりに貢献してまいります。ぜひ、この壮大な挑戦の行く末にご期待ください！　（日本ウェルネススポーツ大学　先端科学技術研究所）