【特別インタビュー】3Dプリンタの最終製品製造への適用 ――新しい技術との向き合い方

氦车 T A K E 2022䇗10僖25仼 EVENT REPORT F R E E vol. 001 AM･3Dプリンタ特集 特別インタビュー 3Dプリンタの最終製品製造への適用 ―― 新しい技術との向き合い方 日本3Dプリンティング産業技術協会 三森 幸治 氏

巻頭企画 スペシャルインタビュー｜3Dプリンタの最終製品製造への適用 3Dプリンタの最終製品製造への適用 新しい技術との向き合い方 ※本記事は 2022 年 10月 13日に配信されたインタビュー動画の内容を書き起こしたものです インタビュー動画のアーカイブは https://tv.aperza.com/watch/666 よりご視聴いただけます 話題性はあるものの、なかなか拡大しないAM・3Dプリ が良く従来の材料も使用できます。さらに形にならなかっ ンタを活用した最終製品製造。最新の注目すべき造形方式、 た材料の再利用ができるので採算性が良く、最も量産ベー 新しい技術への向き合い方、最終製品製造への適用に向け スに乗り易いと注目されています。 たハードルと解消策など、気になるテーマについて、日本 3D プリンティング産業技術協会の三森氏にご解説いただ ◆ 材料押出方式（MEX） きました。 航空機用として、Stratasys 社がポリエーテルイミドとい Q. どんな造形方式があって、注目されているのは？ う材料を使って既に実績を上げています。欧米の航空局 で認証を受けていて、信頼性の証明ができているカテゴ 造形方式は大きく7つに分けることができます。現時点で リーです。 最終製品に近いとされている方式は、下図の黄色で囲んだ ところがハイライトされ注目できる製造方式です。 また、現在は認証されていませんが、同じように航空局 が推奨しているデータベースで近々認証されそうなもの が、Markforged社のONYX FR（カーボン短繊維入りナ イロン）です。これも同じカテゴリーで、既に信頼でき る太鼓判が押されつつあります。 3 番の材料押出方式は、従来の射出成形と同じ材料が使え るため採用されていく可能性が高いです。5番の粉末床融 合方式は、粉材料を使った造形方式で、大量生産時に効率 2

巻頭企画 スペシャルインタビュー｜3Dプリンタの最終製品製造への適用 ◆粉末床融合方式（PBF） ◆材料押出（MEX方式）～汎用材料の事例 粉材料を使った粉末床融合方式では、Hexcel 社のポリエ 下の左図は、ウクライナの医療活動の中で、シグニス社 ーテルケトンケトンで実績があります。また、EOS社の がホビープリンタを使って、既存のABS材料で製品化し 金属材料も航空局で近々認証を受ける方向と聞きますの ている事例です。これは製品をお湯やヘアドライヤーで で、最終製品に導入できる状況が見えています。 温めると柔らかくなり、それを患部に当てて、冷ますと ガッチリと固まって固定できるというものです。これ は、汎用プリンタと汎用ABSですぐに製品化ができるの で、非常に貢献していると言います。 また右の図は、Stratasys 社とポケットチェンジ社という ベンチャー企業の事例です。羽田空港や成田空港などに 設置され、外貨を投入すると、その時のレートの電子マ ネーをチャージできるという機器ですが、コインの投入 口や ICカードのタッチ部分を製品化しています。これは 導入当初にコインの組み合わせなどで詰まることが多発 し、設計変更を繰り返して部品を何度も入れ替える必要 このようにハイスペックでハイエンドな材料を使った事 があった時に、プリンタが最適ということで採用されま 例が増えていて、氷山の一角が顔を出してきましたが、 した。これは製品として、コインで頻繁に摩擦されても もうひとつ注目したいのは、汎用材料を使って最終製品 耐久性は十分であるという事例でもあります。 化している事例です。 3

巻頭企画 スペシャルインタビュー｜3Dプリンタの最終製品製造への適用 『変形加工』というのはプラスチックの射出成形やブロ Q. 新しい技術へどう向き合えばいいのか？ ー成形など大量生産向きなので、繁華街で汎用車が走っ ている状況がバックミラーに映っています。 まず参考にしたいのは、文学者のマクルーハン先生の言 葉で、人間というのは特に全く新しい状況に直面する このように過去の経験があると、後ろの景色が映ってい と、「最も近い過去の事例に執着しがちである」という言 るバックミラーを見ながら、新しい技術へアタックして 葉です。彼の文学者なりの表現では、「われわれはバック いるのだと思います。それでは、全く新しい『付加加 ミラーを通して現代を見ている」と言います。前を見て 工』はというと、バックミラーに何も映ってきません。 いるようでいて、バックミラーで後ろを見ながら前に進 今までそれに近いものが無かった、高精度でスパっと製 んでいると言っています。 品になって、しかも非常に尖った用途に使うことができ るとなると、そこに何も映ってこない。だから次に進め ないということが考えられます。 Q. 最終製品製造に向けたハードルは？ ① 製造に踏み切るための基礎データと体制が無い 1 点目として『製造に踏み切るための基礎データと体制が 無い』ということがあります。既存の射出成形は金型の形 状がそのまま転写されるので、金型が図面通りならば品質 保証ができるシステムでした。ところがプリンタは金型が 下の図は、この言葉を模式的にしていますが、機械加工 無いので、そこに仕組みがありません。 製品というのは、『付加加工』『除去加工』『変形加工』と いう3つに分けられます。 しかしだとすると、世の中では全く使えないはずでは？と いうと、成功事例は先ほどのようにありますので、そこか 『除去加工』『変形加工』というのは既存の技術になり、 ら学習しましょうというのがひとつの答えだと思います。 『除去加工』を例えると、少量で高精度なものに使われ また、現在ではデジタルツインという、すべてソフトウェ るので、F1のフォーミュラーカーがタイトな状況の中で ア上でシミュレーションをして、問題点の洗い出しや改善 走っている状況がバックミラーに映っています。 を行う手法がありますので、この辺りが過去の経験に代わ るものになると思います。 ② 最大限に生かす方法が分からない 2 点目として『最大限に生かす方法が分からない』という ことがあります。よく言われるのは、スピードが遅く大量 生産ができないし、寸法精度を確保できないという話です が、これはマイナスのところだけを見ていて、プラスのと ころを理解できていないので先に進めないという状況が 起こっているのだと思います。 4

巻頭企画 スペシャルインタビュー｜3Dプリンタの最終製品製造への適用 先ほどのウクライナの例でいうと、精度とかスピードとい も少なくて済みますし、良い手だと思います。 う話はどこかに吹っ飛んでしまっています。精度が ±0.1mmであろうがなかろうが、スピードが遅いといって 2点目の『技術を生かす方法が分からない』に対して、プ も汎用プリンタを必要分用意すればカバーできます。さら リンタのメリットを3つ挙げてみました。 にはプリンタが一箇所ではなくても小さい病院なども含 めて分散ができるので、さらに効率も良い。この優位性を ① 軽量化 理解することで活路が見えてくると思います。 1つ目は軽いことです。中抜き構造やトポロジー最適など でデータそのままの形状が作れるので、同じ材料での軽量 ③ コストが高い 化が望めます。また航空宇宙・自動車・スポーツ・ウェア ラブルなど動くものを作ることによって軽量化のメリッ 3点目として『コストが高い』ということです。これは包 トは非常に出やすいです。飛行機を例にすると、サーチャ 括的な判断が必要だと思います。部品や材料の値段という ージが安くなるとか、軽量化した分お客さんを搭乗できる 話ではなくて、これをやると何が変えられますか？これは ので利益が上がります。 どこが軽くできますか？ということや時間軸も含めての 経済判断があると答えは見えてくると思います。 ② カスタマイズ製造 2 つ目のカスタマイズ製造ですが、金型では大量生産は得 意で少量生産は苦手ですが、プリンタは逆です。例えば医 療機器やデンタルの矯正、ウェアラブルのサイズのS/M/L に捉われないさらにカスタマイズされたものとか。あるい はフィギュアでいろんなポーズやシーンなど、金型や削り で作るものに比べて低コストで生産できます。 ③ 金型レス 3つ目は金型レスオペレーションですが、自動車業界の大 きな問題として純正部品の供給義務というのがあります。 そのために、金型や部品を在庫する必要があるので経費を Q. 解消策はあるのか？ 圧迫しています。こういった部品に対応できると、金型や 部品を持たなくて済むので経費低減が可能です。このよう 1点目の『基礎データと体制が無い』ということに対して な利益メリットを明確にしていくことで解消方法が出て は、欧米での航空業界は、技術データベースの共有事例と くると思います。 いうのがあり解消できています。これは国が音頭を取って、 材料研究所や大学が一緒になって標準データベースを作 3点目の『コストが高い』に対しては、長期的な生産シミ 成して Web 上に全て公開し、航空局はそれを認可してい ュレーションで見ていくということです。なぜなら、現在 ます。これは、すべての会社が過去の知見や経験がないと 3D プリンタ産業は 2 兆円規模で昨年から 20％増えてい ころの穴を埋めることができるという事例でもあります。 ますが、産業規模としては非常に小さいです。しかしここ には沢山のメーカーが参入していて、細分化されたベンチ もうひとつに、自社内でマネジメントできる領域から、製 ャー企業がひしめいているので、習熟してくるとコストが 品そのものではなく治工具やスペアパーツなどから導入 ドラスティックに下がっていく可能性は十分に期待でき して経験を積み、徐々に拡大していくということがありま ると思います。 す。またデジタルツインとしても治工具ならパラメーター 5

巻頭企画 スペシャルインタビュー｜3Dプリンタの最終製品製造への適用 Q. 日本 3Dプリンティング産業協会の取り組みは？ 先ほどの事例のように良い成果はいろいろありますが、 それが今は滞っていてサイクルが回っていない状況だと 下の図は、一橋大学の野中郁次郎先生が提唱したSECI モ 思います。そこで協会としては、このSECI モデルを限り デルというもので、いろいろな議論がされている情報の なく何度も何度も大きく回していくことが役目だと思っ 流れを表しています。まず、個人個人で対話しているこ ています。 とから始まり、文章化されていない暗黙知の情報が、レ ポートなどで形式知となってばら撒かれていくことで情 緑色の吹き出しは協会が行っている内容ですが、例えば 報が拡散して行きます。そして拡散した情報がまた個人 Formnext、TCTなどの国際展示会に人を派遣して情報収 に刺激を与えて知恵を生み、また新しい情報となってス 集し、さらには話題になっている最新情報があれば、国 パイラルに回っていきます。そうやって世の中は進化し を跨いで大学の研究所などを訪問して、それらを纏めて ていくという図ですが、これを使って協会の活動を説明 毎年レポートを発行しています。 します。 また、樹脂金属の材料研究会では、活発に活動している ところやユニークな取り組みをしている先生を招いて発 表いただき、企業や材料メーカーさんや会員の方とリア ルな情報のやり取りを行って、次のサイクルに繋げてい く場を持つように取り組んでいます。また、入社したば かりの方などを対象に基礎セミナーを開催して、下地を 広げていくことにも力を入れています。 6

巻頭企画 スペシャルインタビュー｜3Dプリンタの最終製品製造への適用 Q. 樹脂・金属材料研究会での最近の話題は？ ずばり、カーボンファイバーを入れたコンポジット材料 です。プリンタのウィークポイントである強度が弱いこ と対して、解消されることが期待できます。どれくらい の耐久性能か、どういうメーカーがどういう材料でどう いう方式で作っているのか注目されています。 また、今年の反響が良かったのは、さまざまなプリンテ ィング技術を一堂に会するセミナーです。それぞれの先 生方が、自分の畑違いのところにも興味をもって情報の やり取りが活発に行われました。先日のセミナーでは、 建築業界の方は自分たちの世界は遅れていると思ってい たそうですが、コンクリートプリンティングの最新技術 で鉄筋の代わりに金属繊維を入れる技術を聞いたプラス チックや金属業界の方たちは「うちにも応用できるね」 と逆に学びを得る立場となりました。また、それを聞い ていた長繊維カーボンファイバーを使っている先生から は、成形工法で編み機の糸のように上の層に繊維を飛び 出させる技術を披露され、上下層を繋ぐ界面強度不足を 解消できるという話で盛り上がりました。 このように、SECI サイクルを回して粘り強くやっている と実用領域の線を超えることができるのだなと、研究会 を通じて感じております。協会のイベントや取り組みに ついてはホームページでも案内していますので、ぜひご 覧いただければと思います。 ◆本日はありがとうございました。 ゲストについて 三森 幸治 氏 一般社団法人日本3Dプリンティング産業技術協会 代表理事 7

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