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ShareLab NEWSハイライト記事 ー 2023年3月

毎日こまめに3Dプリンター関連のニュースを追いかけるには、時間と労力が必要だ。そこでShareLab(シェアラボ)編集部では月に1回、その月で何があったかをまとめるハイライト記事をまとめている。2023年3月もモビリティ、医療、建築などさまざまなトピックスで3Dプリンターを活用した事例をお届けした。その一部をご紹介していきたい。(写真は自動車のバンパーやボンネットなどをスキャニングできると話題になった3Dスキャナー「Range」)

ドローンと3Dプリンター

農業用ドローンは日本でも農薬散布用途などが実際に稼働しているが、オランダのドローンメーカーThe Drone Bird Company社では、本物の鳥のように飛行する鳥型ドローンの開発、販売を行っている。野鳥が飛行機に衝突するバードストライクや、都市ごみを荒らすカラス被害、農作物の野鳥被害など、野鳥対策が必要なシーンは多い。

現在は光や超音波、や大きな音などで威嚇する取り組みが行われているが、野鳥に「慣れ」が生じ効果が落ちていくケースも多い。リアルなハヤブサ型のドローンは、野鳥の本能に危険を訴えかける効果が見込めるということで注目を集めている。同社が利用したオンライン上での3Dプリント造形サービスを提供する「Parts on Demand」によると、従来はすべて手作業でドローンを製作されていたが、ボディやフラップ部分などを3Dプリンターで造形することで、コストを抑えながら軽量化と高強度化に成功しているということで、日本でも今後注目されるかもしれない。

ハヤブサ型の3Dプリンター製ドローン、航空や農業の現場で活躍

ドローンというとDJI社などの海外メーカーが有名だが、国産メーカーもAM技術を活用して取り組みを行っている。2014年にSONYのPC製造部門が独立して創業したVAIO株式会社は、ドローン生産会社としてVFR社を設立し、国産ドローンを製造しているが、VFR社はマークフォージド社の3Dプリンター導入で製造期間短縮を実現しているとマークフォージドが発表した。

金属材料の代替材料として、長繊維カーボンファイバーを含むナイロン材料が自由な形状で加工できることで高い靭性と剛性を持つ部材を加工できることは大きなアドバンテージとなる。試作に限らず最終部品にも採用されている部品も多いようだ。ドローンは生産数量が自動車などに比べるとまだ少ないこと、軽量化が性能として求められることもあり3Dプリンターによる最終部品製造と親和性が高い。ホビーや撮影用途で用いられる小型なドローン以外にも、業務用として農薬散布で活躍するドローンは大型だ。今後も貨物輸送などに活用されることが期待されるドローンは大型化、個別カスタマイズが進んでいくことが期待されている。

国産ドローンメーカーVFRが3Dプリンター導入で製造期間短縮を実現 ― マークフォージド

モビリティと3Dプリンター

モビリティ分野でも試作製作では従来から活用が進んできたが、ドローンのように最終部品の一部も3Dプリンターで製造する事例がでてきた。ワンオフ、カスタム生産の場合は自動車やバイクにも活用されている。ヤマハ発動機株式会社のヨーロッパ支部(以下、Yamaha Motor Europe)の公式YouTubeで、カスタムバイク製作プロジェクトのために3Dスキャンを行う様子が公開している。カスタマイズのベースに用いられているのは、2022年型XSR900。動画では、発泡スチロールでつくったバイクの車体部分(カウル)の模型をデジタルスキャンし、コンピュータ上で設計や製図ができる3DCADソフトを使って調整を行う様子が公開された。発砲スチロールは手作業で成形され、3Dスキャンしたデータをもとに3Dプリントする。

ヤマハ発動機がカスタムバイクの製作に3Dプリンターを活用

モビリティ分野での3Dプリンター活用を大きく阻む要因はいくつかあるが、品質面での不安はその一つだ。伝統がある製品には基本的な設計の王道があり、多くの部品は流用設計で賄われる。製造方法を踏まえて行われる部品設計では、新しい工法は独自性がたかければ高いほど、検証しなくては行けない点が生まれるはずだ。こうした設計へのデザインレビューを事前に行ってくれるソフトウェアも登場している。

3Dデータの妥当性に関して、安全基準を満たしてるかをAIも活用し、ソフトウェア上で早期に判断して改善を促そうとする取り組みが行われているわけだが、各社基準は異なる点も、パラメータの設定を変えることで対応可能となっているという。自動車のように部品点数が多く、3DCADモデルも膨大な容量になるとデザインレビューも部分最適にならざるを得ないが、そうした作業を自働化できる点は魅力的だろうし、各部品に求められる性能や強度や安全な形状を自動チェックしてくれる機能は、AM工法で製造された部品の性能の検証にも今後活用できる可能性もある。

自動車の3D CADデータから安全基準に満たない形状を自動検出するソフトを発売 ― エリジオン

建築と3Dプリンター

2022年に始まった建設用3Dプリンター活用企業の躍進は2023年に入っても衰えるどころか加速している。建設用3DプリンターメーカーPolyuseが、新たに7.1億円の資金調達に成功したのはこうした動きを裏付けるものだ。

建設用3DプリンターメーカーPolyuseが、新たに7.1億円の資金調達に成功

同じくPolyuseが国交省のインフラDX大賞を受賞していることからもわかるように建設業にとって3Dプリンター活用は遅れていたデジタル活用の具現化そのものであり、DXでありロボット活用である。団塊世代の引退に伴う技能継承や人手不足、生産性向上などの多くの課題の解決策として期待が高まっているわけだが、大きすぎる期待値をどこまで実現できるか。

Polyuseが国交省のインフラDX大賞を受賞

海外では、イーロン・マスク氏がテキサスに労働者向け住宅110棟を3Dプリント建設予定など大規模な野心的プロジェクトが進められているが、日本ならではの課題解決への挑戦が続いている熱い分野だけに目が離せない。

医療と3Dプリンター

3Dプリンター活用において医療分野は患者一人一人に寄り添った個別最適化されたマスカスタマイゼーションという3Dプリンターの特長を活かす格好のフィールドでもある。とはいえ日本では、国民皆保険制度が存在し、3Dプリンターで人工骨や人工関節などの高度な活用は医療認可を得るためのハードルが高い。医療認可を得ないまま治療に用いると大きな医療費負担が発生してしまう。そんな逆風にある日本に医療向け3Dプリンター活用ではあるが、医療模型や矯正具などの分野で活用が始まっている。

株式会社ジャパン・メディカル・カンパニーが開発した精密医療模型「KEZLEX(ケズレックス)」が、2023年1月にナポリで開催された脳神経外科医向けの国際的なワークショップイベントでの講義やデモンストレーションに用いられた。「KEZLEX」は、CTやMRIから得た3次元データをもとに、3Dプリンターで人骨の内・外部を緻密に再現した医療用精密複製立体モデルだ。本物の人骨と同様の削り心地や人体の内部構造を再現するために、過去25年にわたり、脳神経外科、耳鼻咽喉科、頭頸部外科等の医師たちの協力を受けて改良・開発されてきた。

3Dプリンター製の医療模型、脳神経外科医向け国際ワークショップで使用

赤ちゃんの頭のかたちは、親にとっては大きな関心事だ。初産や多胎妊娠などで子宮の中が狭い場合や、逆子で外部からの圧力を受けやすい環境にあると母親の胎内にいるときから頭のゆがみが生じる。また出産時に難産で赤ちゃんが長時間産道に頭を挟まれてしまって頭がゆがむこともあれば、吸引分娩で引っ張られることでゆがみが生じることもありうる。生後も、寝ているときに左右どちらかに傾いていると常に同じ面がベッドや布団に接する状態が習慣化してしまう場合やいつも同じ向きで抱っこしていたりする場合も向き癖がついてしまい、頭のゆがみにつながることがある。

というわけでとかく骨格が柔らかい赤ちゃんは、頭の形が歪みやすい。もちろん、頭のかたちには“正常”も“異常”もないため、頭のゆがみは病気ではないが、だからこそ、赤ちゃんの頭のゆがみを相談されても、真摯に向き合う小児科医は少ないのが現状だ。従来の矯正用ヘルメットでは、製作時に“見栄え”についてはあまり配慮されてこなかった。その点に着目して開発されたのが、 株式会社ジャパン・メディカル・カンパニーが開発した 矯正用ヘルメット 「Qurum」 だ。「Qurum」は、脳神経外科・小児科・新生児科・小児外科・形成外科など複数の専門医から監修を受け、日常にとけこむデザインを目指して開発された。2021年2月に医療機器承認を取得しており、2023年3月時点で類型11,000個以上の製造実績を誇る。こうした患者のQOL向上に向けたデザイン分野での貢献や、サイズや形状のマスカスタマイゼーションの分野は今後も3Dプリンターが活躍しやすい分野だろう。

赤ちゃんの“頭のゆがみ”を矯正するヘルメット「Qurum」を導入 ― 大阪府済生会吹田病院

 

宇宙産業ベンチャーのINAMI Space Laboratory株式会社が、宇宙での利用を想定した点滴装置の試作品を開発した。打ち上げ用ロケットの開発を行う株式会社IHIエアロスペースと、医療機器メーカー・ニプロ株式会社の共同開発である。点滴装置は切削⼯具⼤⼿のOSG株式会社の協力のもと、3Dプリンターによって製作された。INAMI Space Laboratory社が開発する点滴装置は、将来的に身近になるとされる民間の宇宙旅行を視野に入れたものだ。現在、宇宙に滞在する宇宙飛行士は健康面に問題がない人物に限られている。しかし、宇宙旅行となれば健康に不安のある個人が宇宙に行くケースも生じる。今回の点滴開発は、その需要を見込んだものだという。

INAMI Space Laboratory、宇宙で使える点滴装置の試作品を共同開発

特殊な環境で求められる少数生産品に対して3DプリンターでのAM製造は有効なソリューションだ。宇宙での医療用品に関しては本格的な需要が育つまであと何十年かかるかわからない分野だが、巨額の資金が動いている分野であることは間違いない。

一人一様の医療という意味で、最も多くの数がでる診療分野の一つが歯科だ。ドイツに本社を置く金属3DプリンターメーカーのEplus3D社が、歯科業界における歯科用金属3Dプリンター「EP-M150」の活用事例を公開しているが日本では導入があまり進んでいないものの、海外のデンタル業界では3Dプリンターが積極的に導入されている。口腔内スキャナーで取得したデータを元に、詰め物やかぶせモノを3DCADで設計し利用できれば、歯科技工士の不足が深刻化する現状打破にもつながることだろう。

Eplus3Dが歯科用金属3Dプリンター「EP-M150」の活用事例を公開

民生品と3Dプリンター

店舗・商業施設の施工や家具の製造を行う株式会社新潟タキザワが、業務での3Dプリンターの活用をスタートさせた。導入した3Dプリンターは、株式会社ExtraBoldの大型3D付加製造機「EX-F12」である。環境に配慮した樹脂を使用することで、材料のリサイクル促進に取り組んでいる。また、製造作業を大幅に効率化することで、人材不足の解消も目指している。デザインの幅を広げるという質的向上も大きなポイントではあるが、より重要なのは、省人化と内製化だろう。モノづくりの現場で活躍してきた職人人口の急激な現象は日本の各地で実際に進行しているいまそこにある危機でもある。外国人労働者の取り込みと並んで、ロボットや3Dプリンターによる自動化は大きな期待感が寄せられている。使いこなすスキルが幅広く求められるため、容易な道ではないと認識されているが、取り組むことで得られる成果や競争力も大きいはずだ。大企業の研究開発ではなく、多くの中小企業の施工や製造の現場に3Dプリンティング技術が浸透を始めている事例としてご紹介したい。

家具の製造や店舗内装にExtraBold社の大型3Dプリンターが活用される

アメリカのシカゴに本社を構えるWilson Sporting Goods、EOSなど複数社が共同開発した、世界初となる空気を入れない3Dプリントバスケットボール「3Dエアレスプロトタイプバスケットボール」を発表した。材料の柔軟性と構造で空気を入れなくても従来のボールと同じような使い心地を実現することを目指している。まだまだ本格的な普及を目指すという段階ではないが、遊び心とチャレンジングなブランドイメージの表現がAM工法の採用をスポーツの分野でも進めている原動力になっている。

3Dプリンター製の「空気を入れないバスケットボール」を発表 ― EOS

より実用用途に近い事例もお届けしたい。アメリカのアイスホッケー用品メーカー「Bauer Hockey」が、EOS社の3Dプリント技術でホッケー用ヘルメットのインサートを作成した。一人ひとりの頭の形に合わせたデータを3Dスキャナーで読み取り、 EOS社のSLS方式の3Dプリンターで造形している。スポーツ用品は、利用者それぞれ違う体の大きさに合わせるために、S・M・Lなどのサイズ展開で対応してきた。しかし大きさ以外にも形は人それぞれ異なる。そこでBauer Hockey社では、店舗でプレーヤーの頭の形をスキャンして、一人ひとりに合わせたヘルメットを納品する取り組みを行っている。個々の頭の形状や大きさを加味したヘルメットのインサート(クッション部分)用の3Dデータを作成し、EOS社のSLS方式の3Dプリンターでインサートを造形する。
その後、着色・仕上げ・再染色を施したうえで各部品を組み立て、出荷される。製造に3Dプリンターを活用することで、着用者の頭の形状や大きさに合わせてパーソナライズすることができる。付け心地の面だけでなく、ラティス形状による通気性の向上や軽量化においてもメリットがある。

EOSの3Dプリント技術でホッケー用ヘルメットのインサートを作成 ― 米Bauer Hockey

アートと3Dプリンター

最先端のテクノロジーを活用したアート作品はいまも生まれ続けている。3Dプリンティング技術を活用したアートプロジェクトもいくつかご紹介したい。NEORTが開催した展示会「Reincarnation」では、デジタルアートのReincarnation(輪廻転生の意)がテーマとなっている。NFTの技術によって、デジタルアートは複製から転生へと概念の転換を遂げたとして、その具体的な表現を再生可能な素材を用いて物体を造形できる3Dプリントの技術で表現している。テーマはデジタルアートの持つ生命の神秘だという。
Reincarnationでは、展示会場に設置された端末やWEBサイトから、ユーザーが入力した情報と過去に蓄積された他者の情報をもとに人工生命の3Dデータを設計する。会場では、設計された3Dデータをもとに、3Dプリンターで人工生命の姿形が造形されていく。材料は粘土で、一度完成した人工生命はまた次の生命を生成するために再利用され、転生を繰り返す、というプロセスをインスタレーションで表現している。
本展示のWebサイト上にはユーザーがリクエストした独自の生命データが誕生するが、そのままでは、24時間しか存続しない。ブロックチェーン技術と連動しているNFTとしてMint(購入)することで、その存在をブロックチェーン上に永らえさせることが可能となるという趣向も凝らしており、奥が深い。

輪廻転生がテーマのデジタルアート展示会「Reincarnation」を開催 ― NEORT

自生する本物の植物の葉脈だけを抽出し、手書きでトレースしデータ化したものを3Dプリントした「葉が記」を製作するプロジェクトでクラウドファンディングを行い資金を集めている活動が目に留まったので紹介したい。この取り組みはクラウドファンディングサイトで資金集めが行われ120名の賛同の元80万円以上の資金を集めた。アーティストのイマジネーションを具現化し、実際に社会課題への取り組みへとつなげる際に3Dプリンティング技術が活用されているわけだが、プロモーション次第でより多くの関心と資金を集めることも可能かもしれない。

植物の未来を守る「葉っぱのタイムカプセル」のクラウドファンディングを開始 ― 紋葉 (LEAF PRINT PROJECT)

アート作品ではないが、より多くの団体が利用できそうなユースケースが習志野市が落下してきた隕石を習志野隕石と名づけ模型を3Dプリンターで造形し展示した取り組みだ。

千葉県習志野市は、令和2年7月2日に習志野市に落下した隕石の精密な復元模型「習志野隕石レプリカ」を3Dプリンタ―で製作したと発表。レプリカは習志野市役所に常設展示し、市公式ホームページ上でも「3D習志野隕石図鑑」を公開するとしている。

習志野市は、シティーセールスと自ら呼ぶ町おこしのためのブランディング活動に積極的な自治体だ。「習志野隕石レプリカ」の展示を通して、市内外の人々が市役所に来訪したり、子どもたちが科学への興味や宇宙へのロマンを感じたりするきっかけになればと考えているようだ。
こうしたレプリカ製作は、研究目的で研究者が3Dデータを製作している地域の文化財でも応用が可能だろう。
レプリカ展示を通じてメディアへの露出や、市民や来訪者へのブランディング強化のために実践できる実現可能な手法として今後も取り組まれていく可能性がある。

飛来隕石のレプリカを3Dプリンターで造形 ― 千葉県習志野市

軍事と3Dプリンター

補給を受けることが難しい僻地に3Dプリンターがあれば部品が生産できるので、補給に困らない。そうしたコンセプトで移設できる3Dプリンター設備のコンセプトが欧州では注目を集めているが、空母や潜水艦に3Dプリンターを積載する取り組みがアメリカですでに現実のモノとなっている。金属3Dプリンター、カーボン材料を扱うことができる3Dプリンターが相次いで米海軍に採用され潜水艦に搭載されているという事だ。

船舶への3Dプリンターの積載は注目されている分野で、軍事以外の分野でも取り組みが行われている。今後も成長が見込める分野だと言えるだろう。

米国防総省が潜水艦への部品供給のために産業用金属3Dプリンターを購入

米海軍がバージニア級潜水艦に3Dプリンターを設置 ― Markforeged

 

3Dデータ活用をより手軽にする3Dスキャナーも進化

こうした各産業分野での3Dプリンター活用事例を支えるのは装置自体の進化もあるが、3Dデータをいかに使いこなすかという視点が重要になる。3DCADによる部品設計は専門的な知識がないとできない分野ではあるが、既存部品の模倣やちょっとしたカスタマイズであれば敷居は大幅に下がる。その際に注目されているのが3Dスキャナーだ。最近のトレンドとして、非接触型で小型の3Dスキャナーが低廉化していることが上げられる。iPhoneでも3Dスキャン機能が利用できるようになってきているように、撮影画像などから3Dモデルを作ることが可能になっているが、10万円以下の安価なスキャナーでも自動車のバンパーやボンネットなどの大型部品をスキャニングできる装置が登場している。ちょっとした現場の業務改善や、状況確認に利用できるスペックの3Dスキャナーが現場決裁できる金額まで廉価化したのは3Dデータ活用を推し進めるうえで追い風と言えるだろう。

ちょっとした現場のカイゼンを形に!業務用としてもトライしたいハンディー3Dスキャナー「RANGE」登場 ― Revopoint

2023年3月のまとめ

2019年から情報発信を始め2023年で丸3年を超える。この数年で3Dデータ活用、3Dプリンティング活用の国内事例が大幅に増えた。年間1万台弱の新型3Dプリンターが日本で導入されているという報告もあるが、2019年から数えると3万台以上が市場に配備された計算だ。それだけ多くのプレイヤーが参入し、ユーザー事例が生まれているわけだが、まだまだ製造の現場がAMづくしになっているかといえばそうではない。それ以上に大きな市場が潜在的に存在するということの裏返しでもある。新規工法に慣れ、活用の幅が着実に広がっていることを2023年3月度の記事からもひしひしと感じた。

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