(57)【要約】【課題】    本発明は、設計から供給に至るまで総合的な管理が可能な3次元コードを有する立体造形物を提供することにある。【解決手段】  本発明の立体造形物は、3次元コードを有する立体造形物であって、前記3次元コードは、対応する2次元コードに読み取り可能であることを特徴とする。また、本発明の立体造形物の好ましい実施態様において、前記3次元コードは、設計時に付与された2次元コードを変換したものであることを特徴とする。また、本発明の立体造形物の好ましい実施態様において、前記3次元コードを構成するセルの寸法は、前記読み取りに際して、前記セルの判別に対する許容誤差の範囲内であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
3次元コードを有する立体造形物であって、前記3次元コードは、対応する2次元コードに読み取り可能であることを特徴とする立体造形物。
【請求項２】
前記3次元コードは、設計時に付与された2次元コードを変換したものであることを特徴とする請求項１記載の立体造形物。
【請求項３】
前記3次元コードを構成するセルの寸法は、前記読み取りに際して、前記セルの判別に対する許容誤差の範囲内である請求項１又は２に記載の立体造形物。
【請求項４】
前記セルの寸法は、０．４ｍｍ以上である請求項３記載の立体造形物。
【請求項５】
前記対応する2次元コードは、２次元バーコード、データマトリクスコード、バーコード、ドットコードから選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の立体造形物。
【請求項６】
前記立体造形物は、医療関連製品、航空宇宙関連製品、車載関連製品、半導体関連製品又は家具製品であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の立体造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体造形物に関し、特に、識別標識を有する立体造形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の単一製品の量産には工程毎に単一コードの付与による管理が行われている。例えば、2次元コードを利用した物品の流通管理システムとして、物品に対し、当該物品の同一性を示す固有情報を含む識別データを２次元コードにより記録すると共に、前記物品と１対１で対応するように設けられ、少なくとも当該物品に記録された前記固有情報を暗号化した暗号化データが２次元コードにより記録された証明書を用意し、前記物品を売買などを目的として流通させる際には、当該物品に２次元コードにより記録された識別データ中の固有情報と前記証明書に２次元コードにより記録された暗号化データを復号したデータ中の固有情報との照合結果が一致することを流通許容条件とすることを特徴とする物品の流通管理システムが知られている(特許文献１)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１４９７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献を含め従来技術においては、設計時には、設計時の個別識別コードを使用して、製造時には、製造時の個別の識別コードを使用して、全く別々に管理されており、設計から供給に至るまで総合的な管理が困難となっている。
【０００５】
近年、Society5.0を実現するIoTを利用した高付加価値ものづくりが注目されている。その代表例として量産、工業品レベルで多様なニーズを満足させる大量多品種ものづくり「マスカスタマイゼーション」が挙げられる。マスカスタマイゼーションの実現のためには、ユーザーの個別ニーズを実現する設計、カスタムものづくりおよびそれらサプライチェーンを単一の個別認識コードで紐付けるトレーサビリティーの確立が重要である。個別ニーズを実現する設計、カスタムものづくりにおいては逆解析を利用したカスタム設計やそれを実現する3Dプリンターによるものづくり等が急速に発展しつつある。しかしながら、マスカスタマイゼーションに対応したトレーサビリティーの確立については十分な研究が行われていない。
【０００６】
このように、従来の単一製品の量産には工程毎に単一コードの付与による管理が行われてきたため、受注生産のようなフルカスタム製品については生産数量が限定的であり、設計情報等が個別認証を可能とするため十分な管理が行われていない。したがって、多品種カスタム化大量生産を実現する単一の個別識別コードによる設計、生産、供給管理手法が望まれている。
【０００７】
そこで、本発明は、設計から供給に至るまで総合的な管理が可能な3次元コードを有する立体造形物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、発明者らは、2次元コードと、3次元コードとの相互読み取りについて鋭意研究した結果、本発明の立体造形物を見出すに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の立体造形物は、3次元コードを有する立体造形物であって、前記3次元コードは、対応する2次元コードに読み取り可能であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の立体造形物の好ましい実施態様において、前記3次元コードは、設計時に付与された2次元コードを変換したものであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の立体造形物の好ましい実施態様において、前記3次元コードを構成するセルの寸法は、前記読み取りに際して、前記セルの判別に対する許容誤差の範囲内であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の立体造形物の好ましい実施態様において、前記セルの寸法は、０．４ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の立体造形物の好ましい実施態様において、前記対応する2次元コードは、2次元バーコード（QRコード（登録商標））、データマトリクスコード、バーコード、ドットコードから選択される少なくとも１種であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の立体造形物の好ましい実施態様において、前記立体造形物は、品質管理、カスタム性などの観点から、医療関連製品、航空宇宙関連製品、車載関連製品、半導体関連製品又は家具製品であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の立体造形物によれば、付与されているコードは、2次元でも3次元でも読み取り可能であるために、単一の識別コードによる管理が可能となるという有利な効果を奏する。また、本発明の立体造形物によれば、従来の大量生産とは全く異なるマスカスタマイゼーションの実現において、個別認識可能なトレーサビリティーを確立する重要な技術を提供し得るという有利な効果を奏する。また、本発明によれば、個別ニーズ、設計、生産、サプライチェーン、デリバリーが確実に結び付けられ、製品を問わず、今後のマスカスタマイゼーションによる製品の高負荷価値化において、設計から供給等まで一括して管理が可能となるという有利な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施態様における、金属積層造形時に個別識別コードを付与したカスタムボーンプレート(インプラント)の概略図を示す。
【図２】図２は、図1に示すカスタムボーンプレート(インプラント)の側面図を示す。
【図３】図３は、データマトリクスのコードの凹凸面の一例を示す図である。
【図４】図４は、図３のデータマトリクスの凹凸面を逆に変更した場合の一例を示す図である。
【図５】図５は、図１に示すカスタムボーンプレート(インプラント)に刻印された3次元コードの拡大図を示す図である。
【図６】図６は、本発明の一実施態様における、３次元コードの平面図、側面図を示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施態様における、３次元コードの大きさを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の立体造形物は、3次元コードを有する立体造形物であって、前記3次元コードは、対応する2次元コードに読み取り可能であることを特徴とする。従来では、大量生産の製品が主流であり、そのため、設計時、生産時、供給後等は別々の識別標識により管理されていた。すなわち、生産物はロッド(型式)管理をされており、個別識別を大量生産で行う事は非常に少ない事例であった。ところが、マスカスタマイゼーションの実現においては、個別認識可能なトレーサビリティーを確立する必要があり、このような従来の要望にはない、新たな需要に応じるために、本発明は必要な技術となると考えられる。3次元コードを有する立体造形物であって、前記3次元コードは、対応する2次元コードに読み取り可能である本発明の立体造形物においては、当該３次元コードは、２次元コード読み取りリーダーによって、読み取ることができる。
【００１８】
本発明において、3次元コードについては、特に限定されないが、物体は「幅」、「奥行き」、及び「高さ」の3通りの大きさの指標を持つことができるため、当該「幅」、「奥行き」、及び「高さ」で規定されたコードとすることができる。なお、２次元コードの３次元化は、特に、湾曲した立体物である製品等に有効に効果を発揮することができる。すなわち、湾曲した部分に２次元的に、２次元コードを付与できたとしても、２次元コードの読み取りリーダ―で認識できない場合もあり、かかる場合には、２次元コードを３次元化した本発明の立体造形物が効力を発揮することができる。すなわち、リーダーでは２次元コードが読み取れない場合でも、３次元化したコードは読み取ることが可能であるためである。
【００１９】
なお、2次元コードを3次元化した場合、3次元コードの読み取りには、一般の２次元バーコードリーダーではなく、いろいろな角度から色の違った光を当てて、コードの読み取りの適正化を自動で条件探索するプログラミングされた機器を使って読み取りを行い積層造形品に合った読み取り条件を見出すことにより、読み取りも可能である。このような読み取りも本発明の適用範囲内であり、本発明における、対応する2次元コードに読み取り可能な3次元コードとすることができる。
【００２０】
本発明においては、前記3次元コードは、対応する2次元コードに読み取り可能である。すなわち、通常は、特定の２次元コードに対して、当該２次元コードの読み取りリーダーによりコードを読み取り、特定の出力を行うのであるが、本発明においては、本発明の立体造形物に付与された３次元コードは、２次元コードに対応しているため、３次元コードでありながら、当該２次元コードの読み取りリーダによってコードを読み取ることが可能である。すなわち、本発明のおいては、２次元コードを３次元化し、当該３次元化したコードを立体造形物にまで付与することができるとともに、付与された３次元化したコードは、元になった２次元コードの読み取りリーダーにより読み取ることが可能である。
【００２１】
これによって、例えば、設計時に付与された２次元コードの情報を継承しつつ、製造時に当該２次元コードを３次元化したコードを製品に付与することができる。すなわち、あたかも単一の識別コードで、設計から製造等まで管理可能とすることができる。例えば、具体的には、個別ニーズに対応したそれぞれの設計物の設計時に2次元の個別識別コードを付与されているとする。この際の個別識別コードとしては2次元コードのバーコード、QRコード(登録商標)もしくはドットコードのような既存コードを想定してもよい。当該2次元コードに対し，凹凸や陰影により検出可能な適切な凹凸を付与し、個別認識可能な立体(3次元)コードを作成することができる。本発明においては、製造時にこの3次元個別認識コードを製造物に直接的に造形する事で、設計から供給まで単一の個別識別コードによる管理を可能とすることができる。すなわち、本発明においては、設計時に主として使用される2次元コードを、最適な凹凸形状を検討して、3次元化して、当該3次元化した識別コードを製造物に付与することによって、設計から供給に至るまで、単一の個別識別コードにより総合的な管理が可能となる。
【００２２】
従来においては、工程、作業者が複数にわたり、かつ独立しているため、工程間での製造の後戻りが生じていた。例えば，設計者が設計を行い、工程を進めても、材料や加工上の制約より設計の修正、改善を要求される事が多くあった。このため、様々な設計者、工程時などに独自のコードによる設計管理が前提となっている状況であった。したがって、従来においては、２次元コードを３次元化するという発想がなく、もっぱら各工程、各作業者等により別々の単一コードによる個別管理が主流となっていた。本発明者らは、２次元コードの３次元化に取り組み、使用されている２次元コードを３次元コードとしても使用して、総合的な管理が可能であるか検討した結果、本発明を見出すに至ったものである。
【００２３】
特に、近年、3Dプリンタ等を用いた一気通貫型の製造方式では、トポロジー最適化に代表されるように逆シミュレーション等の機能シミュレーションに基づき、設計から後戻り無く３D プリンタ等で作製が可能となっている(形状や材質といった従来の製造上の制約パラメーターについてもシミュレーションに取り込まれている。)。従って，個別の要求に基づくシミュレーションを行い、識別コードを付与すれば後戻りもなく製品を作製することが可能である。本発明を組み込むことによって、たとえ大量生産であっても個別認識コードの付与がより容易になると考えられる。なお、2次元コードの3次元化においては、2次元リーダー側の読み取り能力と造形等3次元加工の精度のバランスを最適化して作製することができる。
【００２４】
本発明において、３次元化したコードの由来である２次元コードの出所は特に限定されない。例えば、医療を例にすれば、診断時、カスタム設計時（カスタム外形状設計、内部形状設計、材質設計等）等に付与された２次元コードを基にしてもよい。本発明の立体造形物の好ましい実施態様において、前記3次元コードは、設計時に付与された2次元コードを変換したものであることを特徴とする。また、元の２次元コードがなくてもよい。この場合、３次元コードから初めるが、凹凸の印影等を考慮しなければ、２次元化可能な３次元コードを使用することができる。このようにすれば、３次元コードでスタートしても、当該３次元コードの情報を、２次元化した場合に、２次元コードの読み取りリーダーによって、情報を読み取ることができ、ひいては、単一の識別コードで総合的に管理が可能となる。
【００２５】
また、本発明の立体造形物の好ましい実施態様において、前記3次元コードを構成するセルの寸法は、前記読み取りに際して、前記セルの判別に対する許容誤差の範囲内であることを特徴とする。前記3次元コードを構成するセルとは、３次元コードを構成する最小の単位(２次元コードであれば、白黒の正方形)を意味することができ、セルの寸法とは、セルの大きさということができる。すなわち、3次元コードを構成するセルの寸法は、当該3次元コードを造形する場合の造形精度に依存し、造形精度は、セルの判別に対する許容誤差の範囲に入っていることが好ましい。このようにすることで、より的確に3次元化されたコードから、2次元コード読み取りリーダーにより情報を入手することができる。
【００２６】
また、本発明の立体造形物の好ましい実施態様において、3次元コード化した際の凹凸により生成される陰影や明度の差異による識別のための加飾という観点から、前記セルの寸法は、０．４ｍｍ以上であることを特徴とする。セルについては、例えば、0．４ｍｍセルより、０．８ｍｍセルの方が、判別はしやすい傾向にある。それは、造形精度がセルの判別に対する許容誤差の範囲に入っているため、セルの大きさが大きくなるほど判別はしやすくなる傾向になる。一方、通常の商品では、性能に直接関わらないメーカーの管理用コードの印刷は、できるだけ小さくしたいと考えるのが一般的である。したがって、読み取り可能であれば、その限りで最小寸法とすることが好ましい傾向にある。後述する実施例で明らかなように、今回、積層造形装置で３次元コード化する時に、積層造形の精度がどこまで保証できるかを追求した結果、好ましいセルの寸法として、一辺が、０．４ｍｍ以上としたものである。
【００２７】
また、本発明の立体造形物の好ましい実施態様において、前記対応する2次元コードは、2次元バーコード（QRコード(登録商標)）、データマトリクスコード、バーコード、ドットコードから選択される少なくとも１種であることを特徴とする。立体造形物が積層造形による場合には、より積層造形における判別に適しているコードとして、データマトリックスコードを好ましく利用することができる。これは、2次元バーコードの３個の位置検出用パターン（ファインダーパターン）は、１：１：３：１：１の規則性が厳格である一方、データマトリックスコードの識別には、ソリッドボーダと呼ばれるL字型の形状を認識するシンプルな構造であることによる。
【００２８】
また、本発明の立体造形物の好ましい実施態様において、前記立体造形物は、品質管理、カスタム性などの観点から、医療関連製品、航空宇宙関連製品、車載関連製品、半導体関連製品又は家具製品であることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明において、立体形状認識として，反射を利用した方法や凹凸に対し様々な方向から光源を照射することで陰影から立体形状認識を行う方法を利用することができる。それらの認識した立体形状を平面形状に変換し，2次元コードとして読み取るリーダーも利用することができる。当該リーダ―の特性に応じて、適切な凹凸を付与した3次元コードを製造物に造形することで、設計時に与えた個別識別コードを製造物に付与することが可能である。
【００３０】
また，製造物に付与する個別情報量により付与する2次元(3次元)コードの種類を適切に選択することが肝要である。さらにIoTを利用することで、コードを通して個別設計、製造、検査、輸送情報等の工程毎の情報を製造物に順次、付与が可能である。
【実施例】
【００３１】
ここで、本発明の一実施例を説明するが、本発明は、下記の実施例に限定して解釈されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱することなく、適宜変更することが可能であることは言うまでもない。
【００３２】
具体的には、１）2次元コードの3次元化ヘの検討、２）3次元コードの読み取り実証、３）2次元コードの3次元化における最適凹凸形状の検討、４）積層造形法を利用した造形と3次元コードの付与実証、５）2次元コードの3次元化の実証、を行った。
【００３３】
まず、個別ニーズに対応したそれぞれの設計物の設計時に2次元の個別識別コードを付与する。この際の個別識別コードとしては、例えば、2次元コードのバーコード、2次元バーコード（QRコード(登録商標)）もしくはドットコードのような既存コードを想定する。その2次元コードに対し、凹凸や陰影により検出可能な適切な凹凸を付与し、個別認識可能な立体(3次元)コードを作成する。製造時にこの3次元個別認識コードを製造物に直接的に造形する事で、設計から供給まで単一の個別識別コードによる管理を可能とする。例えば、３次元コードの付与方法に関して限定されないが、例えば、造形と同時に3次元コードの付与が可能である3Dプリンタ(積層造形)や多軸加工機等の製造方法で特に効率良くコードの付与が可能である。
【００３４】
一例として、医療関連製品を用いた場合の実施例を以下に示す。カスタム多品種化により高負荷価値化が期待できる工業製品や民生品だけで無く、医療関連製品においては更なる付加価値も期待できるためである。図１に金属積層造形時に個別識別コードを付与したカスタムボーンプレート(Ti合金)を示す。この図１はコードを一体造形したインプラントの概略図である。コードの全体サイズをインプラントの想定幅1ｃｍ程度から8ｍｍとし(図６はデータマトリクスの一例)、その全体サイズを想定したときの□部の寸法(一つ当たりのドット(セル)の寸法)である0.4もしくは0.8ｍｍ□を□部の寸法として識別コードのサイズを決定した。図２は、図1に示すカスタムボーンプレート(インプラント)の側面図を示す。また、図３は、データマトリクスのコードの凹凸面の一例を示す図である。図４は、図３のデータマトリクスの凹凸面を逆に変更した場合の一例を示す図である。このように凹凸面をどちらにしても本発明に適用可能である。また、図５は、図１に示すカスタムボーンプレート(インプラント)に刻印された3次元コードの拡大図を示す図である。図６は、本発明の一実施態様における、３次元コードの平面図、側面図を示す図である。図７は、本発明の一実施態様における、３次元コードの大きさを示す図である。
【００３５】
また、金属積層造形で4つの2次元バーコード造形物を作製し、読み取り実験に用いた。サンプルとして、電子ビーム積層装置、及びレーザービーム積層造形装置を用いて造形条件を変化させて作製した2次元バーコードを作製した。いろいろ条件を振って造形を行いサンプル作製を行った。
【００３６】
＜コード読み取り試験＞
読み取りリーダーとしてSR-G100（キーエンス社製）を用いた読み取り実験を行った。確認として最初に印刷したコード（通常の2次元コード）で、2次元バーコードとデータマトリクスの造形物の読み取り実験を行った。サイズ的に読み取れる事を実証したという位置づけとなる。
【００３７】
次に、キーエンス社の樹脂３Dプリンタアジリスタを用いて作製した3次元化した2次元バーコード（QRコード(登録商標)）の読み取り実験を行った。2次元の読み取り条件のままでは読み取れず、ライトの照射条件を最適化させて凹凸により生じる陰影をより明確にすることで立体コードでも読み取ることを実証した。なお、凹凸による陰影を明確にする方法として、例えば、凹部や凸部を、黒色などで色塗りしてもよく、これらであっても、識別可能である。色をつけると認識は容易になる傾向がある。また、同様に、別の物質で凹面を埋めてもよい。
【００３８】
また、実験の結果、金属積層造形で作製したコードと比較して、樹脂造形で作製したコードの方が精度が高いことから、より読み取りがしやすい事が判明した。すなわち、凹凸の寸法精度が樹脂造形の方が高いことから、読み取りも容易であることが分かった
【００３９】
また、マイクロQRコード(登録商標)と、データマトリックスコードを比較した場合、後者の方がより読み取りやすいことも判明した。これは、データマトリックスコードの方が、基準がラインなので、全形を認識しやすいことが考えられ、一方、QRコード(登録商標)は、□部の凹凸寸法の比率の精度が厳しいことが考えられる。したがって、より小さい立体造形物に３次元コードを付す場合には、データマトリックスコードが好ましいと考えられる。
【００４０】
このように、本発明の立体造形物は、２次元コードに対応する３次元コードを有するため、個別の認識コードを付与したカスタムインプラントの想定用途として、以下の利用が可能である。例えば、医療現場を例にとれば、使用器具等の手術や患者さん等にコードが付与され認識されているため、この２次元コードをもとに、３次元化したコードを本発明の立体造形物へ付与することができる。したがって、患者個人にあった、形状や骨質(骨密度等)にあったカスタムインプラントをAMでカスタム製造する場合に、その造形時に認識コードを造形プロセスの一工程で効率的に付与することも可能である。これにより、医師の診断からカスタムのボーンプレートを設計、製造し、製品を管理するだけで無く、手術時の他の手術管理と統合するだけで無く、術後の経過観察等の管理も一貫して行うことが可能である。すなわち、本発明によれば、ボーンプレートを例に挙げれば患者個人に合わせた形状や特性を付与したボーンプレートの量産を可能とするだけで無く、医療現場において治癒経過や他の医療器具と併せた総合的な管理を可能とすることが判明した。
【００４１】
このように、既存の大量生産工程においては、製造物の個別識別を要しないため、工程ごとのロッド管理や識別コードの付与による生産の管理のみが行われ、設計から供給まで単一の個別識別コードでの管理は行われていなかった。また、レーザーマーカーのような従来の製造物への直接的マーキング手法では、コードの解像度を維持するために製造物の平滑な面にのみマーキングされてきた。一方、本発明によって、例えば、設計時等に付与された２次元コードを利用して、当該２次元コードを３次元化することにより、設計から供給まで単一の個別識別コードによる管理を可能とする点、製造物の形状を問わずコードの付与を可能にする点において従来技術と全く異なる。
【００４２】
本発明ではマスカスタマイゼーションを実現する設計から供給まで単一の個別識別コードによる個別識別可能な生産管理を提案するできることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によって得られる３次元コードを有する立体造形物はこれまで見出されていないマスカスタマイゼーションを実現する設計から供給まで単一の個別識別コードによる管理を実現でき、新たな需要を見出すことが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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