ポータブルでオフグリッドな3Dギガラボはゴミを宝物に変える

パンデミックの発生により、サプライチェーンは崩壊しました。通常の商品の輸送が困難になっただけでなく、世界的な輸送網は、輸送渋滞を緩和するために十分な個人用防護具を労働者に供給することができませんでした。ちょうどその頃、3Dプリント企業Re:3Dは、フェイスシールドなどの個人用防護具の提供方法だけでなく、輸送の問題の一部を完全に回避する方法を検討し始めました。

Gigalabはそのプロジェクトの集大成です。Re:3DはGigalabを通じて、水筒やプラスチックカップなどのリサイクル可能な素材を有用な製品に変えるために必要なすべてを提供することを目指しています。この装置は主に3つのコンポーネントで構成されています。粉砕機が使用済みプラスチックを粉砕します。次に、乾燥機が余分な水分を取り除きます。最後に、Gigabot X 3Dプリンター…ええと、物体を印刷します。ペットボトルを切るなどの作業を行うためのテーブルスペースも必要です。

これらすべてが一つの輸送コンテナに収まり、世界中どこへでも送ることができます。もっと簡単に言えば、ゴミを入れると宝物が出てくる、持ち運び可能な実験室です。

ペレットプレイ

ラボを機能させる鍵は、3Dプリントプロセスのごく一部、つまり押出機における画期的なイノベーションです。ほとんどの3Dプリンターは、プラスチックを加熱し、ノズルからプリントベッドに押し出す押出システムを用いてオブジェクトを作成します。一般向け3Dプリンターをご覧になったことがある方なら、このプラスチックがフィラメントの形で提供されているのをご存知でしょう。しかし、ペレットを使用するプリンターもあります。これらの小さな加工された球体や円筒形は、押出システムにスムーズに流入しますが、充填が容易で、一部の3Dプリンターでは連続的に供給できます。 

使用済みペットボトルなどのリサイクル可能な材料をペレットに変えるには、通常、材料を処理センターに輸送する必要があります。そこで材料は溶解され、ペレット状に成形され、必要な場所へ輸送されます（輸送中にペレットが紛失し、環境を汚染することもあります）。 

しかし、Gigabot Xはペレット化プロセスを完全に省略できます。多くの3Dプリンターとは異なり、不規則な形状でペレットのように流動性に乏しい細断されたプラスチックでも、詰まってプリントが失敗することはありません。つまり、使用済みのプラスチックはGigabot Xの造粒機で直接細断できます。乾燥機で一時的に停止させて余分な水分を除去した後、Gigabot Xのフィーダーに直接投入できます。

ペットボトルやカップは最も分かりやすい原材料ですが、Gigalabは他にも多くのものを処理できます。SXSW開催中のオースティンでのミートアップで、Re:3Dは運転免許証のプリントに使われたプラスチックシートの残骸を見せてくれました。Re:3Dのアンバサダーであるシャーロット・クラフ氏はWIREDに対し、これらも造粒機に投入できると語っていました。1回の3Dプリントが正常に機能するために必要なサポート構造さえも、切り離して再び造粒し、次のプリントに使用することができます。

「特に危機的状況や自然災害の際に、必要なものを現地で製造できれば、外部からの援助に頼るよりもはるかに迅速に地域社会を支援できるようになります」とクラフ氏は語った。

プラスチックで作れるものなら、ギガラボなら作れる。パンデミックの始まりに近づいた頃、Re:3Dは他の多くの3Dプリンター企業と同様に、フェイスシールドやイヤーセーバーの部品製造を開始した。しかし同社は、地域社会が自ら必要なものを決定し、それぞれの場所で設計・印刷できるようになることも望んでいる。

Re:3Dのヒューストン本社を見学した際、同社はプエルトリコのサンドラファームの従業員の意見を取り入れて設計された、スペシャルティコーヒーの収穫用バスケットを見せてくれました。以前は、コーヒー豆を運ぶのに一般的な5ガロンバケツや肥料袋を使っていました。しかし、従業員の意見を取り入れることで、サンドラファームは腰にフィットする深さのあるバケツを開発し、さらにショルダーストラップも取り付けることで持ち運びを容易にしました。ギガラボがあれば、このようなプロジェクト（2020年に初公開）で海外での加工を完全に排除することができます。  

人間の手

だからといって、粒状のプラスチックフレークに全く加工が必要ないわけではありません。異なる種類のプラスチックを別々の容器に分別し、古い容器はすすぐ必要があります。クラフ氏によると、この作業は食器洗いほど複雑ではないそうです。ヒューストンの施設で、私はある従業員がウォーターボトルのラベルを剥がし、まだ粘着剤が残っている部分を慎重に切り取るのを見ました。

これは、数千マイルも離れた大規模な処理センターに専門設備を設置する必要はなく、人間がどこでも行える労働です。使用済みプラスチックの大量発生源となるほぼあらゆる場所が、理論的には製造施設となる可能性があります。ジョン・M・トンプソン工学リーダーシップ＆イノベーションセンターのジョシュア・ピアース氏は、このモデルを「分散型リサイクルと積層造形」と呼んでいます。そして、ピアース氏はこれがゲームチェンジャーになる可能性があると考えています。

「今、至る所にプラスチックの山があるのに、そのほとんどがリサイクルされていないのは、経済的に見ても意味がないからです」と、ピアース氏はWIREDの電話インタビューで語った。「リサイクルセンターから遠いほど、大量の低密度プラスチックはそこに輸送しなければなりません。しかし、もしそれを地元でリサイクルして、欲しいものや売れるものに変えることができれば、それは本当にうまくいくのです。」

2022年後半にアメリカ空軍士官学校に設置される2基のギガラボもその一例です。設置が完了すると、ギガラボは士官学校のカフェテリアにあるプラスチックを使い、教育用飛行機の設計図など、士官学校が必要とするものを製作します。「生徒たちは小型飛行機を設計し、3Dプリントし、後部に小型エンジンを搭載して打ち上げ、飛行の様子を観察し、様々な計測を行い、その過程で空気力学について学びます」とクラフ氏はWIREDに語りました。

同社はすでにアカデミーから回収したプラスチックのリサイクル利用を開始している。Re:3Dの共同創業者であるサマンサ・スナベス氏は、「カフェテリアに座っていたんです。生徒たちが来て昼食を食べ、残ったプラスチックをすべて残していったんです。それから彼女は、牛乳瓶やシリアルの容器など、様々な種類のプラスチックを集めて、すべてここへ送ってくれました」とクラフ氏は続けた。ギガラボが設置されれば、プラスチックをどこかへ送る必要はなくなる。 

Re:3Dが探求したいもう一つの可能​​性は、サンゴ礁の再生です。プエルトリコにあるEngine 4のメーカースペースは、Re:3DのGigabot 3+プリンターを使用しており、Reef3Dプロジェクトと共同でサンゴのレプリカを3Dプリントし、海洋生物の再生を支援しています。クラフ氏はWIREDに対し、現在このプロジェクトではリサイクルされていないプラスチックを使用しており、輸送する必要があると語りました。

「私たちが目指しているのは、フレークエクストルーダーを搭載したGigabot X 3Dプリンターを搭載したGigalabをそこに設置することです。そうすれば、そのシステムでリサイクルPLA（ポリ乳酸樹脂）を使えるようになります」とクラフ氏は語った。

フィニッシュライン

ベイパーウェアが溢れるこの世界で、Gigalabは準備万端だ。フレーク押出システムはちゃんと機能している。今年初めにオースティンで行われたミートアップでは、パブの外に置かれた3Dプリンターが、リサイクル可能なプラスチックの粒状のフレークを供給しながら、グイグイとモデルを造形していく様子を見守った。材料処理に必要な機材はすべて輸送用コンテナに収まり、作業台を置くスペースも残っている。

ギガラボは、再生可能エネルギーを使用し、オフグリッドで稼働するように設計されており、世界中のどこでも稼働します。島嶼部も例外ではありません。島嶼部ではほとんどの製品を輸入せざるを得ず、現地生産の立ち上げが難しい場合があります。クラフ氏はWIREDに対し、現時点で残された主な課題は電気システムの設計だと述べています。最初のモデルは、ディーゼル、ガソリン、天然ガスなどの燃料で稼働する発電機を使用します。しかし、同社が空軍士官学校に送るギガラボは、ポータブル風力タービンで稼働することを期待しています。

ピアース氏はまた、このコンセプトが人道的災害現場で役立つ可能性を指摘しています。すでに一部の企業では、現場で必要な物資を製作するために3Dプリンターを導入しています。「このような用途では、Re:3Dラボを現場に設置すれば、すぐに作業を開始できると思います。」

実際、災害救援活動で安全な飲料水を配給するためによく使われる水のボトルは、地域密着型の3Dプリントラボに最適です。ピアス氏が指摘するように、異なる地域や異なる歴史を持つボトルを使用すると、プリントの品質が低下したり、プリントが失敗して材料が無駄になったりすることがあります。しかし、単一の供給元から集められた清潔なボトルのパレットは、現場でのプリントに最適な材料となります。「特に、すべて同じものを使用すれば、はるかに高品質のプリントが可能になります。」

ギガラボはまだ初期段階ですが、Re:3Dは将来、この技術によってコミュニティが必要な製品を設計し、自らのゴミから一箇所で印刷できるようになることを期待しています。同社は設計図をオープンソース化しており、STEPファイルと電気回路図をこちらからダウンロードできます。そのため、他の人が設計図を利用したり、改良したりすることができます。コミュニティは、外部の機関よりも自らのニーズを把握する能力がはるかに優れています。ギガラボがその一助となることを願っています。