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技術情報の提供
技術情報の提供『３Ｄプリンタと構造最適化』 |
システム技術室では、デジタルエンジニアリング関連の機器を活用した技術相談や依頼試験、技術講習会の開催等を行っています。このたびは、３Ｄプリンタを中心に紹介します。
- （１） デジタルエンジニアリング関連の機器
- 以下に、当センターで保有する関連機器の一部を紹介します。
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非接触式三次元測定機 ３ＤＣＡＤシステム 熱溶解式三次元造形機 インクジェット式
三次元造形機
Steinbichler
COMET L3D 5M
DassaultSystemes
CATIA V5 ED2
Stratasys inc.
PRODIGY
（株）キーエンス
AGILISTA-3100
試料をカメラで撮影し、その形状を多数の点群座標データとして取り込むことができる機器です。 ３Ｄモデルを作成します。コンピュータ上で、強度や振動特性等の評価も行うことが出来ます。 ３ＤＣＡＤのデータからモデルを造形します。溶かした樹脂（ＡＢＳ）の糸を積層して造形します。 液体樹脂(アクリル)を吹き付けて、紫外線で硬化させながら積層していきます。 - ３Ｄプリンタは右上の２機種で、いずれも樹脂のモデルを作成します。企業が作成したＣＡＤモデルを造形することが多いですが、非接触式三次元測定機で測定したデータを３Ｄモデルにして造形することもできます。ご利用の目的としては、主に、形状検討やプレゼン用モデルの製作、測定用治具のような一品ものの製作が挙げられます。初めて使われるという方には、造形可能な板厚やサポートの付き方等、造形に関するアドバイスを行っています。
- （２） ３Ｄ積層造形による量産化について
- 近畿経済産業局では、「３Ｄ積層造形によるモノづくり革新拠点化構想（Kansai-3D実用化プロジェクト）」として、積層造形法による新たなモノづくりの普及を目的とした活動が行われています。
３Ｄプリンタによる製品製造に関心のある企業が選定され、試作や造形物評価、各種補助金を活用したプリンタ導入支援などが積極的に行われています。 - Kansai-3D実用化プロジェクトの紹介ページ
https://www.kansai.meti.go.jp/3jisedai/project/3Dkansai/press/20190124.html - 上記のサイトでは、グローバル市場に占める３Ｄプリンタの日本市場は数％で、成長率も非常に小さいとされています。また、３Ｄプリンタによる実製品の紹介（自動車部品の量産化（ドイツのＢＭＷ）、ステンレス製の橋（オランダ）等）がされています。
- ・3Dプリンタに係るグローバル市場の動向：
https://www.kansai.meti.go.jp/3jisedai/project/3Dkansai/press/market.pdf - ・海外ユーザーの3Dプリンタ活用の転換：
https://www.kansai.meti.go.jp/3jisedai/project/3Dkansai/press/globalcase.pdf - また、３Ｄプリンタでなければ実現できない形状の製品も紹介されています。本プロジェクトが主催するセミナーの講師で、造形受託サービスを行う企業からは、「３Ｄプリンタが日本の生産現場で活用されにくいのは、日本のものづくり技術が優秀であるがゆえに、積層造形を前提とした設計手法が進みにくいから。」という話がありました。材料ロスがないこと、金型が不要であることといったメリットを期待して、３Ｄプリンタで製造してみたけれど、結果として、材料単価が高い、サポート除去や表面研磨といった後処理が大変といったデメリットを感じられるそうです。製造方法を置き換える目的ではメリットがないため、開発段階での試作や新規部品製造で利用されるべきであり、コスト削減の方法は多数あるはずということでした。
- （３） 構造最適化について
- ３Ｄプリンタは、機械加工では実現できない複雑形状を製造できることが大きな特徴です。従来の設計手法では実現できない複雑形状の設計を支援するツールに、構造最適化ソフトがあります。構造最適化とは、基本の３Ｄモデルに強度確保や質量最小化等の条件を与え、コンピュータ上で計算して最適な形状を導出する技術です。その一つである「トポロジー最適化」では、材料がなくても問題ないところは抜いていきますので、その部分は穴が開いたりすることになります。導出した形状を参考に、後処理や造形時間、材料使用量などを検討し、３Ｄプリンタに適した設計をすれば、高付加価値の新製品開発に繋がる可能性があります。 最近では、複数種類の材料を適材適所に配置できるようになり、輸送機器の軽量化を実現する技術（マルチマテリアルトポロジー最適化）として注目されています。昨年度に開催した講習会では、この分野の専門家である京都大学大学院の西脇眞二先生にご講演いただき、好評でした。関心のある方は、西脇研究室のサイトをご覧ください。
- 当センターでは、今年度、トポロジー最適化が可能な３ＤＣＡＤシステムを導入します。詳細については、近くご紹介する予定です。
- （４） 最後に
- 近年の３Ｄプリンタ分野の進歩は目覚ましく、個人が購入できる価格帯のプリンタ、複数種類の樹脂や色を組み合わせることが可能なプリンタ、様々な方式の金属プリンタも開発されています。
当センターを含む全国の公設試験研究機関では、同じＣＡＤモデルをそれぞれの機関が保有するプリンタで作製し、形状精度や造形時間、費用といったデータをまとめたり、３Ｄプリンタを活用した共同研究事例を発表したりといった活動により、連携を図っています。当センターが保有していないナイロン、ポリプロピレンや、金属等の造形についてもご紹介できますので、ご相談ください。
■問合せ先
工業技術センター システム技術室
TEL.082-242-4170（代表） FAX.082-245-7199 E-mail:kougi@itc.city.hiroshima.jp
