工学フォーラム2016

2016.11.28

於：神戸商工会議所

リアクティブ3Dプリンタによるテーラーメイドラバー製品の設計生産と社会経済的な価値共創に関する研究開発～内閣府戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）における地域連携の取組み～

神戸大学
貝原俊也
バンドー化学 大西 淳

1

はじめに

本提案の概要と特徴

背景：地域資源である神戸のラバー産業およびシューズ産業に着目し，テーラーメイド・シューズを先導的モデルとする「革新的設計生産技術」のテーマに取り組む．

デジタルヒューマン工学

テーラーメイドラバー技術

人体のデジタル機能モデル

リアクティブ３Dプリンタ★3Dプリンタ用ラバー材料の研究・開発
製品・価値プロデューサ★3Dプリンタマシンの研究・開発★シューズ内蔵用センサの研究・開発
製造・加工・提供

運用プロセス
イノベーション

★スマートファクトリの研究・開発★IoTを駆使したつながる工場の提案

適用
(使用)

価値共創
ループ
設計

計測・
デジタルモデリング

分析

プロダクトイノベーション★ユーザからのビッグデータ解析研究★IoTを活用した持続的デザインの研究・開発「育てる」人工物！

マスカスタマイゼーション対応スマート生産システム

生産・流通・販売システム★人体機能研究及びデジタルモデリング★デジタルソール設計システム★アスリート要望・新市場の調査・分析
ユーザ (市場)

ユーザと供給者のコミュニケーションデザイン

インタラクティブデザイン

研究開発の体制・スケジュール
研究開発責任者
神戸大学
教授 貝原俊也

（１）体制

神戸大学
（連携創造本部） コーディネーション（独）産業技術総合研究所
・生体計測システム構築，
マシンインタフェース開発

兵庫県立工業技術センター
・インタラクティブ・デザイン技術，
ラバー素材・固化法開発，
３Ｄプリンタマシン開発

再委託先
２社

（株）神戸工業試験場
・ラバー３Ｄ
プリンタマシン開発

バンドー化学（株）
・ラバー応用商品開発
・ポリウレタン素材・固化法開発

住友ゴム工業（株）
・ラバー素材／硬化法開発（UV架橋性材料研究）

神戸大学（システム情報学研究科、経営学研究科）
・価値共創のための設計生産システム構築，製造請負クラウドサービス，マーケット・リサーチ（工学研究科）・ラバー素材・固化法開発，素材流動解析，３Ｄプリンタマシン開発（株）アシックス
・有限要素法モデル開発，
構造設計・素材開発，動作分析，商品開発（２）スケジュール中間目標（2016年度）

設計：デジタル情報による
準リードユーザ向けシューズの設計
生産：準リードユーザ向け生産のための素材とマシンのプロトタイプの試作最終目標（2018年度）

設計：マスマーケット向け製品
設計技術の確立
生産：準リードユーザ向けの生産への適用、素材とマシンの二次プロトタイプの試作

H26(2014)

H27(2015)

H28(2016)

H29(2017)

H30(2018)① インタラクティ
ブな設計手法の研究開発

ファーストループ適用
セカンドループの分析・設計

セカンドループ適用
サードループ設計技術の確立② 素材と３Ｄプリンタの研究開発

３Ｄプリンタマシンの研究とプロト試作

３Ｄプリンタマシンの2次試作③ 市場開発他用途展開のための市場調査

価値共創プラットフォーム構築
他用途展開

研究チーム体制

設計・ ⽣ 産シ ステ ム研究開発チーム

素材研究開発チーム（ 株） ア シ ッ ク ス
神⼾ ⼤ 学システム情報学・経営学研究科

住友ゴ ム⼯ 業（ 株）（ 再委託先）シ バタ ⼯ 業
天満サブ 化⼯㈱

産業技術総合研究所

バン ド ー化学（ 株）神⼾ ⼤ 学 ⼯学研究科（ 株） 神⼾ ⼯ 業試験場

マシ ン 研究開発チーム㈱兵庫県⽴ ⼯ 業技術セン タ ー何故ランニングシューズなのか？

＠230億円デライト設計・生産を目指すビジネスモデル
使用

サードループSensing

3D
printing

運用

一般ユーザを対象とする
部分テーラーメイド

実走行・感性DB

Sensing

分析/モデル化

形状

IoV (Internet ofValues)

設計
使用
Sensing

3D
printing

実走行・感性運用

セカンドループDB

Sensing

分析/モデル化

形状・運動準リードユーザを対象とする
セミテーラーメイド

設計
使用
Sensingファーストループ
リードユーザを対象とする
フルテーラーメイド

3D
printing

実走行・感性

運用

分析/モデル化Sensing

形状・運動設計

6

デジタルヒューマン工学〜設計の取り組み
デジタルヒューマン工学

テーラーメイドラバー技術

人体のデジタル機能モデル

リアクティブ３Dプリンタ

製品・価値プロデューサ
ユーザ (市場)
製造・加工・提供

運用

プロセス
イノベーション

適用
(使用)

価値共創
ループ
設計

計測・デジタルモデリング

分析

プロダクト
イノベーション

「育てる」人工物！
マスカスタマイゼーション対応スマート生産システム

生産・流通・販売システム

ユーザと供給者のコミュニケーションデザイン

インタラクティブデザイン
7

運動・感覚シミュレーション

ランニングのコンフォートを予測する技術

8デジタルヒューマンモデリング

取組み内容– リードユーザの再現 (ファーストループ)• 計測した運動データ + 個人を再現した筋骨格・有限要素モデル– 準リード・一般ユーザの再現 (セカンド・サードループ)• 代表的な運動データ + 集団を代表する筋骨格・有限要素モデル

9関節トルクの変化
シューズによる関節トルクの変化
膝関節に大きな違い

10デジタルソール設計

足部‐ソールの複合した有限要素モデル– テーラーメイド型のシューズ設計を目指し、人体筋骨格モデルや動作分析シ
ミュレーションデータより足部挙動を予測し、これらに適合するシューズ構造を実現– 下図に示すような足部‐ソールを複合モデルを用いた解析システムが必要– 形状変更や部分的な材料仕様の変更を行えるソールモデル

11

プロトタイプシューズの試作と評価

・プロトタイプシューズの試作・評価【応⼒-ひずみ測定結果】

・有機センサ内蔵シューズの試作・評価【実験⾵景】【無線出⼒実験結果】

インタラクティブデザインの取り組み
デジタルヒューマン工学

テーラーメイドラバー技術

人体のデジタル機能モデル

リアクティブ３Dプリンタ

製品・価値プロデューサ
ユーザ (市場)
製造・加工・提供

運用

プロセス
イノベーション

適用
(使用)

価値共創
ループ
設計

計測・デジタル
モデリング

分析

プロダクト
イノベーション

「育てる」人工物！
マスカスタマイゼーション対応スマート生産システム

生産・流通・販売システム

ユーザと供給者のコミュニケーションデザイン

インタラクティブデザイン
13

試作したスマホアプリの画面例 (Foot Scan)

テーラーメイドシューズ用スマホアプリの試作

⼨ 法測定
⾜ ⼨ 法（ 幅、 ⻑ さ 等）

計測ア プ リ ケーショ ン

可視化

スト ア

⾛ ⾏ 測定ユーザの⾜ モデルや筋負担表⽰ のアプ リ
ケーショ ン「 ユーザ嗜好や⽤ 途」 「 ⾜形」 「 ⾛ ⾏ タ イ プ 」 等から最適なシュ ーズを ナビ ゲー
ト する アプ リ ケーシ ョ ン

ユーザの⾛ ⾏ タ イ プ（ ピ ッ チ、 スト ラ イ ド等） を 計測、 分析する
アプ リ ケーショ ン

ユーザの⾜ 形モデル

Fo o t Sca n をスマート フ ォ ン ア
プリ でユーザの筋⾻ 格モデル

⾛ ⾏ タ イ プ 、 ソ ール

硬さ の違いによ る 筋
活動量の可視化

ユーザのスマホに価格と 納期を連絡

スマートファクトリの取り組み
デジタルヒューマン工学

テーラーメイドラバー技術

人体のデジタル機能モデル

リアクティブ３Dプリンタ

製品・価値プロデューサ
ユーザ (市場)製造・加工・提供

適用
(使用)

計測・デジタルモデリング

運用 価値共創 分析
ループ
プロセス
イノベーション

設計

プロダクト
イノベーション

「育てる」人工物！ ユーザと供給者のコミュニケーションデザイン
マスカスタマイゼーション対応スマート生産システム
生産・流通・販売システム

インタラクティブデザイン
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IoVの提唱

本プロジェクトで目指すIoV (Internet of Values)
ユーザ（消費者）の嗜好・状況：多種多様
IoT環境において，ユーザの情報を取得
個別ニーズに応じたテーラーメイド設計・生産を内包した
IoV (Internet of Values)環境を提案・構築
製品に対する使用価値・文脈価値を設計・生産段階に導入，「育てる人工物」の実現を目指し，革新的なイノベーションスタイルを確立
17

IoT・CPS環境下での価値共創型テーラーメイド生産システム

データベース

データベースInternet

商品発注
データ

デザイン・設計

生産現場

ユーザ・販売店

ユーザ計測・分析
嗜好調査・モデル化

部品サプライヤ

生産機械

配送

部品・製品在庫18

スマートファクトリシステムデモ機

生産管理・全体
表示用モニタ

模擬加工機用
トレイ
模擬加工機用トレイ

供給トレイ
完成品トレイ

3D プリンタ

PLC
組立台

模擬加工機用タブレット

リアクティブ(ラバー)3Dプリンタの取り組み
デジタルヒューマン工学

テーラーメイドラバー技術

人体のデジタル機能モデル

リアクティブ３Dプリンタ

製品・価値プロデューサ
ユーザ (市場)
製造・加工・提供

運用

プロセス
イノベーション

適用
(使用)

価値共創
ループ
設計

計測・
デジタル
モデリング

分析

プロダクト
イノベーション

「育てる」人工物！ ユーザと供給者のコミュニケーションデザイン
マスカスタマイゼーション対応スマート生産システム
生産・流通・販売システム

インタラクティブデザイン
20

要求性能＠靴底

アウターソール
形状 形状保持性

抗摩擦性通気性

耐摩耗性
耐久性

硬度
柔軟性

制動性
グリップ性

性能
21

リアクティブ３Dプリンタの概要
傾斜・シームレスラバー

熱成形加工 vs 架橋 のトレードオフ

接着剤・金型フリーマルチノズル・インクジェット方式
予算削減対応：
外部調達品の活用

ラバー素材
ミッドソール：モノマー減粘剤
インソール ：紫外線架橋性

ストランド吐出・UV方式
材料設計

感圧センサー一体成形

紫外線
異種・異形態
界面/傾斜物性の制御

ミッドソール

微細中空構造感圧センサ構造・評価
有機感圧センサ材料

導電性高分子銀ナノ22
インク

ポリウレタン系リアクティブ３ＤＰ造形技術の開発


連携︓神⼾⼤学⻄野研究室、鈴⽊研究室㈱神⼾⼯業試験場
バンドー化学㈱バンドー化学㈱ Ｒ＆Ｄセンター
大西淳
23

SIP参画機関

当社は、⻄野先⽣ﾘｰﾀﾞの素材研究開発チームに属し、ウレタン材料開発の研究を担当しています。

24

当テーマにおけるバンドー化学の役割

SIPにおけるバンドー化学の役割
世界発の架橋ポリウレタンエラストマー３D造形の材料開発⇒当社コア技術であるウレタン配合・加⼯技術を展開
開発計画

25

バンドー化学株式会社

Bando Chemical Industries,Ltd.

創業資本金
売上高
従業員数
営業品目

1906年4月14日
10,951百万円
93,272百万円(連結)（平成28年3月期）
3,920名（連結）（平成28年3月31日現在）

伝動ベルト及び伝動ｼｽﾃﾑ、運搬ﾍﾞﾙﾄ及び運搬ｼｽﾃﾑ、マルチメディア機器部品、土木・建築資材、化成品

26

当社製品１１０年の変遷

27

ゴム面状
発熱体

FlowMetal®
導電インク
FlowMetal®
接合材

銀ナノインク
FlowMetal®

高熱伝導シート

ゴム面状発熱体

TOPX®
ｻﾌｧｲｱ基板
研磨パッド

熱伝導シート

FreeCrystal®
OCAシート

研磨パッド
TOPX®

C-STRETCH®
のびのびセンサ

のびのびセンサ
C‐STRETCH ®

Free Crystal ®
28神⼾⼤学とバンドー化学の包括連携①29

神⼾⼤学とバンドー化学の包括連携②

医療・福祉の現場で利⽤が期待されるアプリケーションを神⼾⼤学にご協⼒頂き、共同開発させて頂いております。

K2016で⾒た３DP造形と造形材料①メーカ⽅式材料

Wacker Chemie AG

ｲﾝｸｼﾞｪｯﾄ

ＵＶ架橋シリコン

Stratasys GmbH

ＦＤＭ

ＡＢＳ等

ｲﾝｸｼﾞｪｯﾄ

ＵＶ架橋アクリル

３Ｍ
Covestro Deutschland AG

Stereolithography法

Fluoropolymers/ＵＶアクリル

ＦＤＭ

ＴＰＵ

ＳＬＳ

ＴＰＵ

ｲﾝｸｼﾞｪｯﾄ

ＵＶ架橋ウレタン

ARKEMA France SA

ＳＬＳ

ﾎﾟﾘｱﾐﾄﾞ／PEKKARBURG GmbH + Co KG

ＦＤＭ

熱可塑性樹脂ペレット

BASF

ＳＬＳ

PA6

BYK-Chemie GmbH

ＦＤＭ

PLA⽤添加剤

Kyoraku Co., Ltd.

ＦＤＭ

Kuraray Europe GmbH

ＦＤＭ

ポバール(ポリビニルアルコール)

Fraunhofer

ＦＤＭ

EPDM／マイクロメタリックワイヤー

ＳＬＳ

⾦属粉末／樹脂粉末

Mitsubishi Chemical – MCPP

ＦＤＭ

ＡＢＳLG Chem Ltd.

ＦＤＭ

ＡＢＳFDMＡＢＳ／ＰＣ／ＰＥＩ

ＦＤＭ

樹脂フィラメント

EOS GmbH Electro Optical
Systems

Kメッセ・・・
世界50カ国以上、約3200社出展
する世界No1ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ・ｺﾞﾑ⾒本市

形状記憶ポリマーSMP︓ShapeMemory Polymer

３DP造形に対し、各材料メーカで、様々な特徴を有する材料開発を展開

Ferdinand Stükerjürgen
GmbH & Co. KG
Kunststoffwerk
geba Kunststoffcompounds
GmbH

31

K2016で⾒た３DP造形と造形材料②■Wacker Chemie AG

医療用造形物(UV架橋ｼﾘｺﾝ)■Covestro Deutschland AG

腕時計
ﾘｽﾄﾊﾞﾝﾄﾞ(UV架橋ｳﾚﾀﾝ)■Stratasys GmbH
ｼｭｰｽﾞ(ｺﾞﾑﾗｲｸ、UV架橋ｱｸﾘﾙ系)■INSTITUT FUR KUNSTSTOFFVERRARBEITUNG

３Dプリント～切削加工まで全自動で多軸ロボットを使用した装置

32

連携のよるPURリアクティブ３DP造形材料の開発①

連携のよるPURリアクティブ３DP造形材料の開発③⻄野先⽣・鈴⽊先⽣との連携
⻄野先⽣→ポリウレタン造形物の構造分析、傾斜材料設計
鈴⽊先⽣→ポリウレタン2液衝突混合メカニズム解析

34

ポリウレタンウレアのエアージェットノズルでの吐出■吐出条件は以下項目の条件を最適化しています。
１．ノズル径２．吐出圧力３．液温
４．テーブル温度
５．吐出間隔Ａ．液滴サイズ
Ｂ．硬化時間連続吐出35

アウターソールの設計概要まとめ36

モデルシューズの作成

直近では意匠デザインを３D造形作成
ｼｭｰｽﾞ評価様⼦

12⽉にプロトタイプシューズ評価予定

37

出口戦略

他製品への応用展開性
身体形態因子で個人適合が可能

身体運動因子で個人適合が可能
スポーツ用品IoV
SUMITOMORUBBER

ASICS

シューズ
ビークルグリップ：30億円
ウォーキングシューズ：40億円
インソール：52億円
サポーター：230億円
KAWAMURA CYECLE

ランニングシューズ：230億円

FUJI GLOVE
パンプス：40億円

介護用品：390億円

建築

介護・医療

KAWASAKIHEAVY
INDUSTRY

建築用ガスケット：2億円
現場加工用パッキン：22億円

リアクティブ３Ｄプリンタ

YASOJIMA PROCEED KOBENABTESCO
手術シミュレーター：50億円

DAIHEN KOBE

工具
＊赤ローマ字は兵庫県に本社か開発拠点がある企業

KAWABE SEIMITU

パワーアシスト

価値共創プラットフォームの設置

兵庫県立工業技術センター2FにH30年度運用開始を目指して設置検討を開始

産学官交流室兵庫県⽴⼯業技術センター技術交流館
セミナー室
共同研究室

技術交流館２Ｆ
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まとめ

製品・価値
プロデューサ市場

ビジネスモデル革新

新製品・市場の創出

技術革新

生活革新

ユーザ

「育てる」人工物！

40