（４）
その他

（２）
主要目
船

質

鋼

航行区域

限定沿海区域本船は、年間のうち約１ヶ月間、萩の沖合２６マイルに位置する

全

長

４５．
０ ｍ

航海速力

１４ ノット見島航路に就役するため、冬季の日本海の波浪に耐えられるよう、

垂線間長

４１．
００ ｍ

搭載人員

８名

構造強度に十分配慮し、耐航性に優れた船型を採用しております。

幅

（型）

９．
００ ｍ

旅

客

1５０ 名

深 さ
（型）

３．
９０ ｍ

合

計

１５８ 名

計画満載喫水(型)２．
４８ ｍ

車両搭載能力（後部車両区画）

総トン数

３２３ トン

２tトラック資格

乗組員

5. 本船主要機器写真
本船の主要部の写真を以下に示します。

４台

（３）
主要装備

ラピッドプロトタイピング(rapid prototyping)の1種として発主機関 中速ディーゼル機関（出力５５２kW×２）２基
２基

ITV監視装置

１式(各客室、機関室、暴露部)
航海計器

１式
操舵室

客室A

導入機器は、造形精度や造形後の処理の簡便さ等を考慮し、展した3Dプリンタは、現在では製造業を中心に教育、先端研究等

KEYENCE社製のAGILISTA-3100としました。導入機器の仕様を幅広い分野に普及しています。日本造船技術センター(以下SRC）

表2に、外形を図2に示します。

では、昨年度3Dプリンタを導入し、水槽試験時に使用する省エネ

図3の模式図のように造形物と造形ステージの間に空間がある

付加物等の製作に活用してまいりました。今回は、3Dプリンタの場合、造形物が落下してしまい造形できません。造形時一時的に推進器 固定ピッチプロペラ ２基ＧＰＳコンパス１台

バウスラスター(推力：３t) １基

レーダー

１台

原理と共に今回SRCで導入した機器と導入事例についてご紹介

サポート材で土台を作り、造形していきます。造形終了後、不要にフィンスタビライザ

ＤＧＰＳ航法装置

１式

したいと思います。

なったサポート材を除去します。
AGILISTA-3100は水につけるだけ

旋回窓

２台

１式

操舵装置(オートパイロット付) １式
吊下式舵

２枚

探照灯

ＣＯ２消火装置（機関室）

１式(２５０Ｗ メタルハライド）

スプリンクラー消火装置

１式

でサポート材を除去でき、後処理の手間がかかりません。その様子

2. 3Dプリンタの原理

１台（車両区画）

を図4に示します。
また、
積層ピッチが15μmと高精細であり、翼形状

3Dプリンタとは、ラピッドプロトタイピングの中でも小型且つ安価な装置のことを指します。
ラピッドプロトタイピングとは、製品
客室B

客室C

（１）
快適な客室

AGILISTA-3100

隔でスライスし、スライスした断面形状を積み重ねて製作するといインクジェット方式

造形サイズ

297×210×200mm（A4サイズ×200mm）

解像度

635×400dpi

３室の客室を配置しています。客層に高齢者が多いことを考慮し

表-1 ラピッドプロトタイピングの種類 1）
光造形法

紫外線を照射することにより硬化する液体樹脂を用いた方法。

粉末焼結法

素材粉末を層状に敷詰め、高出力のレーザービーム等で直接焼結する方法。ナイロン等の樹脂系材料や青銅、鋼、ニッケル、チタンといった金属系材料等が利用できる。

粉末固着法

インクジェットプリンタのように微小な接着剤を粉に吹きかけながら造形する方法。澱粉や石膏等の材料が利用されることが多い。

熱溶解積層法熱可塑性樹脂を高温で溶かし、積層させることで立体形状を作成する方法。
ABS樹脂、ポリカーボネート樹脂等が利用できる。

紙積層法

紙を切抜いて積み重ねることでモデルを作る方法。スライスデータに沿って紙を切抜き、熱を加えながら接着剤を使用して押付け積層させる。
木材の代わりに用いることもある。

インクジェット法

インクジェットプリンタと同じ要領で、ヘッド部から微小な樹脂、ワックスや接着剤等の液滴を噴射、又は噴射し紫外線を照射して造形する方法。

補機室用、婦人用各１箇所の他、
バリアフリー便所を設けています。
インテリアとしては、客室３室共、暖色系と寒色系を組合せた落ち着いた内装とし、客室Ｂの区画の照明はダウンライトを用いて十分な照度を保持しております。
また、操舵室の後部は展望室として、好天の日には美しい日本海に浮かぶ島々を眺めることができるようにしています。
（２）
高速性・利便性
萩〜大島間の航路を短時間で結べるように航海速力は１４ノットとし、乗客の利便性を高めております。離接岸は、２軸２舵とバウス
ラスタを用いて短時間で出来るようにしており、車両の迅速な積降

車両甲板

車両区画後部扉

６．
おわりに

光造型法

本船の設計コンペ、建造監理に当たっては、船主である萩市殿に終始適切なご指導を戴き、運航者である萩海運有限会社殿に（３）車両搭載能力は使用上の適切なアドバイスを戴きました。心より感謝申し上げ

本船の第２甲板後部は車両区画として、
２ｔトラックを４台搭載ます。
また、建造に当たられた三菱重工業株式会社下関造船所殿できるように係船金物を配置しております。後部のドアは油圧には、
フェリー専門ヤードとしての高い設計力と高度な建造能力の跳ね上げ式１枚扉として迅速な車両の乗下船を可能にしておを駆使して本船建造に尽力されたことを付記いたします。

ります。

SRC News No.93 December 2013

（海洋技術部石井哲郎）

液面

熱溶解積層法熱可塑性樹脂
ノズル

15µm

標準

20µm

モデル材

AR-M2（透明樹脂）

サポート材

AR-S1（水溶性樹脂）

外形寸法

W944×D700×H1360mm

944

700

1360

77

CO2レーザ光移動

光硬化性
樹脂（液状）

Z解像度

高分解能

粉末焼結法

紫外レーザ光しと乗客の速やかな乗下船を可能にしております。

導入機器仕様 3）

型式

法により、
表1のような様々な装置が開発されています。

て、客室Ａと客室Ｃは座席、客室Ｂはリクライニング付の椅子席と

表-2

造型方式

本船には、第２甲板に客室Ａ及び客室Ｂ、第１甲板には客室Ｃの計し、後部はバリアフリー席６名分を確保しています。便所は、紳士した翼形状の写真を図5、図6に示します。

術の総称です。積層造形法と呼ばれ、3次元データを細かな断面間う製造手法は共通するものの、使用する材料や断面形状の製作方

機関室の端部等の薄肉形状も十分対応可能です。導入検討時に試作造形開発において、試作品（prototype）
を高速（rapid）に製造する技４. 特徴

4

3. 導入機器の紹介

１. はじめにＪＧ第２種船発電機 １５０kVA

3Dプリンタの導入

移動
溶融樹脂

移動

焼結

図-2

外形寸法 3）

粉末

インクジェット法
インクジェット
ノズル

移動
液滴噴射

図-1 ラピッドプロト
タイピングの造形方法 2）

図-3 モデル材とサポート材 3）

SRC News No.93 December 20135

試作品として自航試験用のプロペラを造形してみましたのでご水槽試験へのISO9001の導入

紹 介しま す ( 写 真：図 7 〜 図 8 ) 。造 形 サ イ ズ は 、x×y×z：
約165mm×約165mm×約23mmです。造形したプロペラは、手で曲げると0.8R付近から翼先端にかけて撓む程度の強度でした。

ISO9001

強度と性能確認を目的に、サポート材除去処理後POT試験を行い
図-4 後処理状況（サポート材の除去）3）

ました。POT試験ではプロペラの破損等はありませんでしたが、POT試験後に行ったボラード試験の際、翼の一部に損傷が見られました。POT試験については問題なく計測できましたので、試験精度については通常使用しているアルミ製の同一プロペラの試験結果との検証を行っていきます。
今後もお客様のあらゆるご要望にお答えしていくべく挑戦を続けて行きたいと思います。

(試験センター戸谷祐季)

図-5 翼断面形状（上面）などに費やしました。それを受け、12月には品質マニュアルをはじ

１. はじめにめとしたISO文書の作成に取りかかり、並行して内部監査員の養成、本年１月に発効したEEDI規制では、個船のEEDI値を計算する過程

水槽試験担当者への周知などを行っています。その後、取得に必で、75%MCRにおける速力を水槽試験の結果より推定することが要な一定形式の書類の作成、NKへの申請作業などを経て、３月末求められています。
このとき重要になる水槽試験の品質については、にISO9001導入説明会を行い、品質目標、品質方針を公表し、同国際海事機関（IMO）の「EEDI検査・認証ガイドライン」
において、時に品質管理システムの試行を行うことを宣言しました。
４月一杯

ISO9001もしくは同等 の品質管理を行っていることが要求されてをかけた数例の試行の後、内部監査、マネージメントレビューを５おり、そのため、EEDI認証のための水槽試験を行う試験機関には、月末までに終え、6月にはISO9001の審査にこぎつけました。NKISO9001認証の取得が強く推奨されています。

による審査の結果、細かい点でいくつかの是正勧告が行われたもISO9001とは国際標準化機構が定める「製品」の品質を保証するのの、それらは認証に対し大きな問題を伴うものではなく、審査後

ための
「仕組み」
に対する国際規格です。
SRCでは従来より水槽試験

数週間でそれぞれ適正な是正処置を完了しています。
この結果

の品質
（＝精度）
に関わる努力を積み上げており、品質確保は自明の7月25日付けで図-１に示すISO9001の登録証書が交付されました。

ことと自負しています。
従って国内の他の多くの水槽と同様に改めて
ISO9001を取得する必要性はありませんでした。
しかし以上の情勢に鑑み、水槽試験部門についてもISO9001を取得することにし、
この度NKより認定されましたので以下ご紹介いたします。
図-7

試作プロペラ全体像

図-6 翼断面形状(側面)2. ISO9001認証の範囲

ISO9001取得のベースになったものはSRCが永年培ってきた水槽試験業務に対する精度管理のノウハウです。
ISO9001取得に際しては、それらをISO9001の概念に合う形式の文書に変換し、システム化したに過ぎません。
しかしシステム化することにより、
SRCの精度管

SRCでは水槽試験部門のISO9001取得に先立って、海洋技術部

理のノウハウがより有効に機能するであろうことが実感されています。

および海外協力部がそれぞれ以下の範囲でISO9001の認証を今後、ISO9001を実際に運用していくことにより、より一層の取得しています。

４. 導入事例

4. おわりに

精度、
顧客満足度の向上に努めていきたいと考えています。
（試験センター技術部長 金井 健）

海 洋 技 術 部：船舶等の基本設計、
建造管理、
復原性計算

3Dプリンタ導入後、試作品を含め90ケース以上を造形し水槽および調査研究業務

試験に活用してまいりました。造形実績を表3に示します。表中の海 外 協 力 部：船舶等に関する経済協力・技術協力プロジェクトの

その他 とは、ダクト型やステーター型といった船体に取付ける技術コンサルティングおよび研修業務

タイプの省エネ付加物有り無し試験を実施する際、裸殻に戻す

水槽試験部門では、これらに加えて以下の項目を認証範囲にために使用するダミーの船体ブロック等を分類しています。

追加しました。

表-3 造形実績
形状タイプ

造型ケース数

バルブ型

14

舵フィン型

4

試験センター ：抵抗試験、
自航試験、
プロペラ単独性能試験
図-8

試作プロペラ翼端部

参考資料

これによりEEDI認証に必要な船舶の速力-馬力カーブを推定するために十分な水槽試験について、
ISO9001を取得したことになります。

1）ICI Design Institute Inc.,/ラピットプロトタイピングの種類

ステーター型

23

ダクト型

12

http://www.ici-design.co.jp/service/RPmodel.html2）インクル株式会社HP/積層RP モデルの造形方法

3. 経緯

http://www.incle.co.jp/rpstack2.html

船体フィン型

4

試作品

15

その他

21

3Dプリンタを活用したラピッドプロトタイピングの新たな前進

をはじめました。推進チーム発足から１ヶ月程をISO9001と水槽業

計

93

http://jp.objet.com/Portals/15/PDF/WhitePaper/WTP̲
new%20materials̲template̲120610a̲JP.pdf

務の関わりの調査、先行して取得している２部門のISO文書の調査

3）KEYENCE 株式会社HP/Agilista
http://www.agilista.jp/
4）株式会社オブジェット・ジャパン/インクジェットベースの

6

SRC News No.93 December 2013

昨年10月にはISO9001取得の方針が正式に示され、主として試験センター職員より選抜された９人からなる推進チームが、活動

図-1

ISO9001登録証書

SRC News No.93 December 20137

SRC News̲No.96̲P02-03

再入稿 2015.06.10（水）

SRC News̲No.96̲P02-03

造船の最先端を見つめる技術情報誌

JUN 2015

CONTENTS

再入稿 2015.06.10
（水）

NEWS

3Dプリンタの現状と未来

No.96

１．はじめにラピッドプロトタイピング(rapid prototyping)の1種として 発 展して き た 3 D プリンタ は 、医 療 や 建 築 、教 育 や 先 端

3Dプリンタの現状と未来研究等幅広い分野に普及し、最近では家庭用の安価な機種も

3

普 及しつつあります。日本 造 船 技 術センター ( 以 下 S R C )では、

図2 モックアップ 2)

3 Dプリンタを導 入し水 槽 試 験 時に使 用する省エネ付 加 物 等?

の 製 作に活 用しており、S R Cニュース( N o . 9 3 )でご 紹 介して稼働中における防食寿命予測について

おります。

8

今回は、その後のSRCでの製作事例と共に水槽試験への更なる活用を目指し、大型模型製作への3Dプリンタ活用につい北海道漁業取締船「ほっかい」が就航−室蘭港に配属−

図4 建築模型 4)て検討した例をご紹介したいと思います。

10

２．3Dプリンタとは
２．
１ 発展の経緯

佐渡汽船殿5,750総トン型カーフェリー「あかね」
直江津〜小木航路に就航
1213SRC資料室（16）最適船型
（その7）
16

国際会議COMPITにて最優秀論文に選出

２．
２ 造型原理ラピッドプロトタイピング(3Dプリンタ含)は別名、積層造形法と呼ばれます。積層造形法とは、製品の3次元CADデータを従来の製品設計では、製品の外観や性能の評価を行うために細かな断面間隔でスライスし、断面形状(薄板)を積み重ねるこ

粘土(クレイモデル)や木を用いた試作品製作が行われてきましとにより立体モデルを製作する手法です。使用する材料や積層た(図1、図2)。
しかしながら、
これらの試作品製作には時間やコス方法によって、光造形方式、インクジェット方式、粉末焼結方式、トがかかる点がネックとなっていました。

熱溶解積層方式等様々な方式がありま す 。代 表 的 な 方 式 のこのような状況の中、試作品(prototype)を高速(rapid)に製

ブラジルで造船マンを育成

Topics

図3 術前検討用モデル 3)

特 徴 を ( 1 ) 〜 ( 4 ) に 、造 形 原 理 の イメージ図を図5〜8にまと作する技術としてラピッドプロトタイピングが発展してきました。

めました。

かつては熟練者による手作業が中心だった試作品製作は、3次元(1) 光造形方式の設計データから直接製作可能なラピッドプロトタイピング技術● 紫外線レーザーで液体樹脂を１層ずつ硬化させ積層する。

により、従来の数十分の1まで時間を短縮できるようになったと● 歴史・実績ともに豊富な方法。

も言われています。今では試作品製作だけでなく、医療分野での● 微細かつ高精度な造形が可能。

術前検討用モデル(図3)や建築分野での建築模型(図4)、先端研● 樹脂単価が高く、重量のある造形には不適。

究分野でのテストパーツや治具といった用途に幅広く使用され● 耐候性が低い。特に太陽光に弱い。

ています。3Dプリンタとはラピッドプロトタイピングの中でも小● 樹脂槽が必要なため大型。
専用の造形室や付帯設備が必要。

型で且つ低価格の装置を対象とした呼称です。

19

紫外線レーザー

移動

光硬化性樹脂液面

当センターは東日本大震災復興キャンペーンを応援しています。

一般財団法人 日本造船技術センター〒180-0003 東京都武蔵野市吉祥寺南町1丁目6番1号 吉祥寺スバルビル3階 TEL 0422-40-2820

2

SRC News No.96 June 2015

FAX 0422-40-2827

図1 クレイモデル 1)

図5 光造形方式原理

SRC News No.96 June 2015

3

SRC News̲No.96̲P04-05

入稿 2015.06.03（水）● プリンタヘッドから樹脂を噴射し直後に紫外線ランプで固める。

３．SRCでの導入事例

このような状況を打開するため、SRCでは2012年から3Dプ

ここでは主として大型化に焦点を当て、SRCが標準として製作しリンタを導入し、現在は省エネ付加物の製作を中心に活用してているLppm=6.0〜7.0m程度の模型船を3Dプリンタで製作する可能性について検討します。

近年の燃費高騰への対処もさることながら、環境問題への観います。導入からの製作実績を表2に示します。水槽試験では、● 他の方式に比べ、造形スピードが速い。

点からも海運、造船業界では船舶からの温室効果ガス排出抑制

省エネ付加物有り無しの試験を行う際、ステーター型やダクト● 造形物が大きくなる場合、高さ方向の精度が相対的に低い。

に向けた様々な取 組 が 始まっています。このような状 況 の 中 、型といった船体に取付けるタイプの省エネ付加物では省エネ● 耐久性、耐熱性が弱い

水槽試験においても様々な省エネ付加物を装備した試験が多付加物を装備した後に裸殻に戻して試験を実施することがあり

表3に各造形方式に対する造形精度をまとめました。造形精く行われてきています(表1)。省エネ付加物は、実船サイズではます。このような場合、省エネ付加物を装備していない裸殻の度に優 れた造 形 方 式は( 1 ) の 光 造 形 方 式 および ( 2 ) のインク

数mの大きさですが、SRCで水槽試験を行う際には数十mm

船体ブロックを製作し、省エネ付加物のブロックと差替えること

ジェット方式であることが分かります。(4)の熱溶解積層方式は

程 度 の大きさになります。形状も複雑化の傾向にあり、従来ので対応しています。表2の その他 には裸殻に戻すための船体

一度溶解した樹脂を造形直後に冷却する性質上、寸法収縮が方法では製作が間に合わない状況になりつつあります。

ブロック等を分類しています。

発生しやすく、精度上の問題となるものと考えられます。(3)のインクジェット
ノズル

移動
液滴噴射

省エネ付加物実績数

バルブ型

31（13）

ラインの延長線上付近、または舵フィン型

27（16）

そ の 付 近にバ ルブを取 付け、ステーター型

51（19）

ダクト型

23（7）

船体フィン型

16（5）

試作品

15（0）

その他

54（21）合217（81）バルブ型

図6 インクジェット方式原理

舵のプロペラシャフトセンター(3) 粉末焼結方式● 素材の粉末をレーザーで加熱し焼き固めて積層する。

プロペラ回転流やハブ渦による● 金属粉末が使用可能であるため、造形物の耐久性が高い。

損失を回収して推進効率を向上させる。

● 表面がざらざらした仕上がりになる。

舵フィン型● レーザー照射装置が必要であり、大型、高価。
● 専用の造形室や付帯設備が必要。

舵のプロペラシャフトセンター

計

ラインの 延 長 線 上 付 近に翼 型

CO2レーザー光

移動

焼結のフィンを取付けたもの。プロ
ペラ後方の回転流エネルギーを回収し、推力に変換する。

※（ ）内は2014年度に製作したもの

また、SRCでは昨年度1500mm(長さ)×270.4mm(幅)×130.7mm(高さ)のMIBS船型模型を製作しました(図9)。
これは展示用として製作したもので、船体を2分割で製作しています。

粉末

ステーター型
プロペラ前方の船尾に複数枚の(4) 熱溶解積層方式● ノズルから熱で溶解した樹脂を吐出し積層する。

精度に関し何らかの改善が必要なことが分かります。
表3 造形方式と造形精度
誤差（1in辺り）

誤差率

6m模型誤差mm％mm

0.025〜0.060

0.1〜0.2

5.9〜11.8（3） 粉末焼精

0.13

0.5

30.7

（4） 熱溶解積層

0.25

1

59.1

造形方式
（1） 光造形（2） インクジェット

クルの容易さなどからパラフィンを主材料とした模型が標準となっています。SRCではパラフィンを木製合板の骨組みで強化しルギー損失を減少させる。

た パラ・ウッド と称する構造で模型船を製作しています。

● 光造形等に比べると層間の段差が目立つ。

ダクトをプロペラ直前に取付け、これに対し3Dプリンタで使用できる材料は、
アクリル、
エポキシ、
図9 展示用模型

前 方から流 入する流 れを加 速する。
熱可塑性樹脂４．3Dプリンタ活用の展望
ここまで述べてきたように、水槽試験の中で3Dプリンタは、主に移動

船体フィン型ABS、PP（ポリプロピレン）、PLA(ポリ乳酸)など多岐にわたり、
一部には金属粉末や、石膏、硅砂等を使用するものもあります。

船尾流場の整流化及びプロペラ

溶融樹脂式で6mの模型船を一体で造形することが可能だったとしても、

方 向 の 回 転 流を与 えることにより、プロペラ後流の回転エネ

円形またはそれに類した形状のノズルの模型船精度基準(0.05%Lpp以下)を上回り、現状の造形方

世界的に見ると木製模型が主流ですが、日本では加工性、リサイ● 基本特許が切れているため、廉価な普及機が登場している。

● 造形スピードが遅い。

型を造形した場合の誤差は6〜12mmとなります。
これはITTC

もの。プロペラ回転方向と反対

ダクト型● 寸法精度が低い。

表3に示すとおり、光造形方式とインクジェット方式で6m模模型船に一般的に使用される材料は木またはパラフィンです。

● 強度のある材料が使用可能。
材料選択の幅も広い。
● 経年劣化が少なく寸法も安定している。

限界が決定されてしまいます。

４．2 3Dプリンタで使用される材料

フィン(翼)を放射状に取付けた

図7 粉末焼結方式原理

４．
１ 3Dプリンタの造形精度

粉末焼結方式は、使用する粉末の粒子径により造形物の精度

表2 造形実績

表1 省エネ付加物 4) 5)

入稿 2015.06.03（水）● 精度が高く、滑らかで微細な造形が可能。

SRC News̲No.96̲P04-05(2) インクジェット方式

船尾付加物や舵付加物など比較的小型（100mm×100mm程度）

表4に代表的な材料の物性値を示しました。現用の材料（合板、パラフィン）については強度に関わる資料が少ないため、杉材の値も参考に記しています。パラフィンの曲げ強度はSRCが過去に行なった曲げ強度試験によるものです7）。

な模型の製作に使われています。では将来的にはどのような発展
平 板または楔 形 の 細 長 状 のフィンを 船 体 外 板に取 付 けたも の 。主に伴 流 利 得 の 改 善 を目的とする。

図8 熱溶解積層方式原理

4

SRC News No.96 June 2015

が考えられるでしょうか？

(1) 比重一つは大型化、
もう一つは高強度化が考えられると思います。大

現在、模型船製作に使用している材料が全て水より軽いのに対し、型化することにより、模型船を高精度かつ迅速に製作できる可能

3Dプリンタ用材料はPPを除き、水より重い材料が使われています。

性があります。
また強度を増すことにより、キャビテーション試験等

最も重いABSではパラフィンの1.3〜1.8倍、SRCで現在使用していに使用する模型プロペラを製作することも可能かもしれません。

るアクリル系の材料でも1.3倍の比重となります。

SRC News No.96 June 2015

5

SRC News̲No.96̲P04-05

入稿 2015.06.03（水）● プリンタヘッドから樹脂を噴射し直後に紫外線ランプで固める。

３．SRCでの導入事例

このような状況を打開するため、SRCでは2012年から3Dプ

ここでは主として大型化に焦点を当て、SRCが標準として製作しリンタを導入し、現在は省エネ付加物の製作を中心に活用してているLppm=6.0〜7.0m程度の模型船を3Dプリンタで製作する可能性について検討します。

近年の燃費高騰への対処もさることながら、環境問題への観います。導入からの製作実績を表2に示します。水槽試験では、● 他の方式に比べ、造形スピードが速い。

点からも海運、造船業界では船舶からの温室効果ガス排出抑制

省エネ付加物有り無しの試験を行う際、ステーター型やダクト● 造形物が大きくなる場合、高さ方向の精度が相対的に低い。

に向けた様々な取 組 が 始まっています。このような状 況 の 中 、型といった船体に取付けるタイプの省エネ付加物では省エネ● 耐久性、耐熱性が弱い

水槽試験においても様々な省エネ付加物を装備した試験が多付加物を装備した後に裸殻に戻して試験を実施することがあり

表3に各造形方式に対する造形精度をまとめました。造形精く行われてきています(表1)。省エネ付加物は、実船サイズではます。このような場合、省エネ付加物を装備していない裸殻の度に優 れた造 形 方 式は( 1 ) の 光 造 形 方 式 および ( 2 ) のインク

数mの大きさですが、SRCで水槽試験を行う際には数十mm

船体ブロックを製作し、省エネ付加物のブロックと差替えること

ジェット方式であることが分かります。(4)の熱溶解積層方式は

程 度 の大きさになります。形状も複雑化の傾向にあり、従来ので対応しています。表2の その他 には裸殻に戻すための船体

一度溶解した樹脂を造形直後に冷却する性質上、寸法収縮が方法では製作が間に合わない状況になりつつあります。

ブロック等を分類しています。

発生しやすく、精度上の問題となるものと考えられます。(3)のインクジェット
ノズル

移動
液滴噴射

省エネ付加物実績数

バルブ型

31（13）

ラインの延長線上付近、または舵フィン型

27（16）

そ の 付 近にバ ルブを取 付け、ステーター型

51（19）

ダクト型

23（7）

船体フィン型

16（5）

試作品

15（0）

その他

54（21）合217（81）バルブ型

図6 インクジェット方式原理

舵のプロペラシャフトセンター(3) 粉末焼結方式● 素材の粉末をレーザーで加熱し焼き固めて積層する。

プロペラ回転流やハブ渦による● 金属粉末が使用可能であるため、造形物の耐久性が高い。

損失を回収して推進効率を向上させる。

● 表面がざらざらした仕上がりになる。

舵フィン型● レーザー照射装置が必要であり、大型、高価。
● 専用の造形室や付帯設備が必要。

舵のプロペラシャフトセンター

計

ラインの 延 長 線 上 付 近に翼 型

CO2レーザー光

移動

焼結のフィンを取付けたもの。プロ
ペラ後方の回転流エネルギーを回収し、推力に変換する。

※（ ）内は2014年度に製作したもの

また、SRCでは昨年度1500mm(長さ)×270.4mm(幅)×130.7mm(高さ)のMIBS船型模型を製作しました(図9)。
これは展示用として製作したもので、船体を2分割で製作しています。

粉末

ステーター型
プロペラ前方の船尾に複数枚の(4) 熱溶解積層方式● ノズルから熱で溶解した樹脂を吐出し積層する。

精度に関し何らかの改善が必要なことが分かります。
表3 造形方式と造形精度
誤差（1in辺り）

誤差率

6m模型誤差mm％mm

0.025〜0.060

0.1〜0.2

5.9〜11.8（3） 粉末焼精

0.13

0.5

30.7

（4） 熱溶解積層

0.25

1

59.1

造形方式
（1） 光造形（2） インクジェット

クルの容易さなどからパラフィンを主材料とした模型が標準となっています。SRCではパラフィンを木製合板の骨組みで強化しルギー損失を減少させる。

た パラ・ウッド と称する構造で模型船を製作しています。

● 光造形等に比べると層間の段差が目立つ。

ダクトをプロペラ直前に取付け、これに対し3Dプリンタで使用できる材料は、
アクリル、
エポキシ、
図9 展示用模型

前 方から流 入する流 れを加 速する。
熱可塑性樹脂４．3Dプリンタ活用の展望
ここまで述べてきたように、水槽試験の中で3Dプリンタは、主に移動

船体フィン型ABS、PP（ポリプロピレン）、PLA(ポリ乳酸)など多岐にわたり、
一部には金属粉末や、石膏、硅砂等を使用するものもあります。

船尾流場の整流化及びプロペラ

溶融樹脂式で6mの模型船を一体で造形することが可能だったとしても、

方 向 の 回 転 流を与 えることにより、プロペラ後流の回転エネ

円形またはそれに類した形状のノズルの模型船精度基準(0.05%Lpp以下)を上回り、現状の造形方

世界的に見ると木製模型が主流ですが、日本では加工性、リサイ● 基本特許が切れているため、廉価な普及機が登場している。

● 造形スピードが遅い。

型を造形した場合の誤差は6〜12mmとなります。
これはITTC

もの。プロペラ回転方向と反対

ダクト型● 寸法精度が低い。

表3に示すとおり、光造形方式とインクジェット方式で6m模模型船に一般的に使用される材料は木またはパラフィンです。

● 強度のある材料が使用可能。
材料選択の幅も広い。
● 経年劣化が少なく寸法も安定している。

限界が決定されてしまいます。

４．2 3Dプリンタで使用される材料

フィン(翼)を放射状に取付けた

図7 粉末焼結方式原理

４．
１ 3Dプリンタの造形精度

粉末焼結方式は、使用する粉末の粒子径により造形物の精度

表2 造形実績

表1 省エネ付加物 4) 5)

入稿 2015.06.03（水）● 精度が高く、滑らかで微細な造形が可能。

SRC News̲No.96̲P04-05(2) インクジェット方式

船尾付加物や舵付加物など比較的小型（100mm×100mm程度）

表4に代表的な材料の物性値を示しました。現用の材料（合板、パラフィン）については強度に関わる資料が少ないため、杉材の値も参考に記しています。パラフィンの曲げ強度はSRCが過去に行なった曲げ強度試験によるものです7）。

な模型の製作に使われています。では将来的にはどのような発展
平 板または楔 形 の 細 長 状 のフィンを 船 体 外 板に取 付 けたも の 。主に伴 流 利 得 の 改 善 を目的とする。

図8 熱溶解積層方式原理

4

SRC News No.96 June 2015

が考えられるでしょうか？

(1) 比重一つは大型化、
もう一つは高強度化が考えられると思います。大

現在、模型船製作に使用している材料が全て水より軽いのに対し、型化することにより、模型船を高精度かつ迅速に製作できる可能

3Dプリンタ用材料はPPを除き、水より重い材料が使われています。

性があります。
また強度を増すことにより、キャビテーション試験等

最も重いABSではパラフィンの1.3〜1.8倍、SRCで現在使用していに使用する模型プロペラを製作することも可能かもしれません。

るアクリル系の材料でも1.3倍の比重となります。

SRC News No.96 June 2015

5

SRC News̲No.96̲P06-07

入稿 2015.06.03（水）

表を見るまでも無く、パラフィンは他の材料に比べ強度的に劣り

４．
３ 大 型 模 型 の 製 作コストと製 作 時 間
ここでは現在販売されている3Dプリンタを使用して6mクラスがあるため、前述のとおり構造材として合板を組み合わせ、そのデの模型船を製作した場合のコスト（材料費）と製作時間を試算してメリットを補っています。従って水槽試験用の模型船の強度は木材みます。
表5には現在販売されている3Dプリンタの最大造形サイズ、使の強度（合板または杉材）
を目安とすることが適当でしょう。
3Dプリンタで使用される材料は、引っ張り、圧縮、曲げ、どの項

用材料を造形方式別にまとめています。最大の造形サイズは、3D目でも杉材や合板のそれを上回っており、充分な強度があると考プリンタ(1)、光造形方式による1500×750×550mmです。模型

えられます。

船を製作するには幅、高さはほぼ満たされていますが、長さについしかし前述のとおり現用の材料より比重が重く、かつ後述するコ（1） 光造形

1500×750×550

エポキシ系樹脂

20〜30（2） インクジェット

490×390×200

アクリル系樹脂

30〜50

熱による材料の膨張を示す線膨張率は、杉材の場合では、繊維（3） 粉末焼精

550×550×750

金属・ナイロン

50〜100方向で0.3〜0.6、それと垂直な方向で3.0〜6.0とされています。

（4） 熱溶解積層

914×609×914

ACS・PLA

6〜18

的な結論になりましたが、ここで検討した課題、前述のプロジェ

回答を得ました。

クト等、最新の情報を引き続きフォローし、水槽試験用模型製作の効率化に取り組んでいきたいと考えています。

● 現状、6m級の大型模型を製作可能な3Dプリンタは存在しない。

これらの回答と以上の検討結果を総合すると、大型模型製作
用3Dプリンタの開発課題としては以下が挙げられます。

１）大型模型製作に適した材料の開発● 大強度、軽量、低コスト

表5には材料価格も示しています。
これより3Dプリンタ(1)に-5

可 能 性につ い てヒアリング を 行 なったところ、以 下 のような

（千円/Kg）

合板では繊維の方向が種々組み合わされているため、線膨張率は3Dプリンタ向け材料の線膨張率は全て杉材よりも大きい値を現段階では3Dプリンタによる大型模型の製作については否定● 造形スペースの大型化、筐体の大型化が必要。
材 料

この中間程度を想定すれば間違いないものと思われます。

既 存 の 3 D プリンタメーカーに5 m 以 上 の 大 型 模 型 製 作 の材料価格

造形最大サイズ

造形方式(3) 線膨張率研究です。

従来技術の延長として可能。

表5 造形方式と最大造形サイズえる必要が出てきます。
このため外板厚さを含め、3Dプリンタに適した模型船の構造を検討する必要があります。

で、精度の問題を別にすれば模型船製作より高い要求仕様の● 3Dプリンタによる大型模型の製作はては最低この４倍が必要です。

ストの問題も有り、3Dプリンタ製模型船では重量を現状以下に抑ジェクトの目標は230m 2 の家を20時間で建設するというもの

入稿 2015.06.03（水）

ます。
しかし、加工性が非常に高く、容易にリサイクルできるメリット

５．3Dプリンタによる大 型 模 型 製 作 の 可 能 性と課題

SRC News̲No.96̲P06-07(2) 強度

より6 mサイズ の 模 型 船を製 作した場 合 の 価 格を試 算します。

２）大型模型製作を可能とする筐体の開発● 造形スペースの環境管理（温度、湿度等）

これを6m模示しており、最大のPPでは10.0×10 /Kとなります。

船型はCB =約0.82の肥大船、Lpp=約6.2mです。材料は当該型に換算すると0.6mm/℃となります。夏場には、製作時の気温と3Dプリンタ専用のエポキシ樹脂系の材料（比重；1.16、曲げ● 環境による変形が少ない材料試験水槽の水温の間に10℃程度の差が生じることが考えられるた

強度；62〜72MPa、材料費；25000円/kg）を使用します。3D● ヘッドの複数化

め、前述のITTCの精度基準を考慮した場合、熱膨張に対し何らか

プリンタ(1)では実際は1.5mまでしか造形できませんが、現状の対策を行なう必要が生じます。

の仕様のままで筐体の長さだけ大きくし、6.2mの出力が可能

３）高精度な造形を可能とする製造方法の開発

４）造形時間の短縮● ヘッドの複数化

図10 Contour Craftingプロジェクト
参考資料
1) RESERCH DESIGN STUDIO HP
http://www.rds-design.jp/products/?id=1246348068-504395
2) http://blog.livedoor.jp/bow̲field/archives/cat̲122623.html?p=2となると仮定して試算しました。なお、この模型船はパラウッド
により重量505kgで製作された実績があります。

(4) 耐水性(加水分解、吸水率、等々)
3Dプリンタ材料の加水分解について詳しく調べた資料はありま

パラウッド構造で作られた模型船の強度は、合板で作られたは最 重 要 の 課 題です。この２点につ いて技 術 的 なブレークス

せん。
しかしメーカーへの聞き取りの結果では、24時間程度では特内型で支えられているものと仮定します。この合板製の内型のルーがなければ3Dプリンタによる大型模型の製作は実現しなに大きな問題は無いのではないか、という実際の経験に基づいた重量を従来の実績より180kgと仮定します。エポキシ樹脂のいと考えています。

回答がありました。吸水率はABS、アクリルが0.2〜0.6重量%

比重は合板の2.11倍、曲げ強度は1.72倍（表４より）とすると、（24h）とやや大きく、現在製作しているような小型の模型では特にエポキシ樹脂の合板に対する比強度は0.815となります。これ問題は無いと考えられますが、模型船に使用する場合、慎重に検討

らの数値より、3Dプリンタ製模型船の重量は221kg、平均外する必要があると考えられます。

板厚は16.8mmと推定できます。この場合、材料費は約552万

3Dプリンタで大型模型を製作しようという研究開発が低調であ円で、パラウッド製模型船よりかなり高価なものとなりました。

るということです。
これは精度のよい大型模型を製作するという

表4 3Dプリンタ材料の物性

一方造形時間については形状に左右される部分が多いため、材料（現用）

材料（3Dプリンタ）

６．まとめ
3Dプリンタ業界へのヒアリングを通して見えてきたことは、ニーズが殆ど無いことに起因します。大型模型の需要があっても

パラフィン

合板

杉

簡単に推定することはできません。3Dプリンタ(1)は１時間の殆どがデザイン試作用であり、精度は必要有りません。1m程度の1.17-1.20 1.11-1.40 1.61-1.21 0.90-0.91 約0.9※1

0.4-0.7

0.3-0.4

アクリル エポキシABSPP3) 株式会社 ファソテック HP
http://biotexture.com/gallery/item#54) http://ijet.dgblog.dreamgate.gr.jp/e106566.html「国産高精細3Dプリンタ アジリスタ導入事例 vol.03」
5) KEYENCE株式会社、
6) 「船型性能改善のための省エネ装置(その1)」、
SRC News No.91 p.16-18、2012「模型船用パラフィン材の曲げ強度試験結果について」、
7) 吉成他、
日本造船技術センター技報第7号、P.4-13、1979/10
8) http://www.contourcrafting.org

造形で100mm×100mm×8mmのパネルの造形が可能と部品を分割して造形し、最後に組み立てれば事足ります。従って今試験センター技術部技術課

内田麻木

引っ張り強さ

Mpa

48-73

27-89

23-55

31-41

ー

ー

51-75

いうことが分かっています。かなり乱暴な推定にはなりますが、後も大型模型用の3Dプリンタが市販される可能性は低いものと試験センター技術部

金井

健

圧縮強さ

Mpa

73-125103-173

45-52

38-55

ー

ー

26-42

これを利用してパネル状の部品を張り合わせるイメージで船体考えています。

30-75

形状を造形するという仮定で試算してみました。対象模型船の一方、数少ないながらまったく別のニーズから大型3Dプリン

0.3-0.6※2

表面積と平均外板厚みより試算すると、模型船１隻の造形時間

タの研究が行なわれています。南カリフォルニア大学では災害

3.0-6.0※3は2266時間（=3.1ヶ月）となり、これも現実味の無い結果と用や宇宙空間での住宅建設を3Dプリンタで行なう Contour

なっています。

Crafting というプロジェクト8）が進められています。このプロ

比重

※1

曲げ強さ

Mpa

73-131

89-145

66-96

41-55

2-3

32-46

線膨張率

10-5/K

5.0-9.0

4.5-6.5

6.5-9.5

8.1-10.0

約11※1

ー※1：配合により変化 ※2：繊維方向 ※3：繊維と垂直方向

6

この中でも特に 造形時間の短縮 と 低コスト材料の開発

SRC News No.96 June 2015

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SRC News̲No.96̲P06-07

入稿 2015.06.03（水）

表を見るまでも無く、パラフィンは他の材料に比べ強度的に劣り

４．
３ 大 型 模 型 の 製 作コストと製 作 時 間
ここでは現在販売されている3Dプリンタを使用して6mクラスがあるため、前述のとおり構造材として合板を組み合わせ、そのデの模型船を製作した場合のコスト（材料費）と製作時間を試算してメリットを補っています。従って水槽試験用の模型船の強度は木材みます。
表5には現在販売されている3Dプリンタの最大造形サイズ、使の強度（合板または杉材）
を目安とすることが適当でしょう。
3Dプリンタで使用される材料は、引っ張り、圧縮、曲げ、どの項

用材料を造形方式別にまとめています。最大の造形サイズは、3D目でも杉材や合板のそれを上回っており、充分な強度があると考プリンタ(1)、光造形方式による1500×750×550mmです。模型

えられます。

船を製作するには幅、高さはほぼ満たされていますが、長さについしかし前述のとおり現用の材料より比重が重く、かつ後述するコ（1） 光造形

1500×750×550

エポキシ系樹脂

20〜30（2） インクジェット

490×390×200

アクリル系樹脂

30〜50

熱による材料の膨張を示す線膨張率は、杉材の場合では、繊維（3） 粉末焼精

550×550×750

金属・ナイロン

50〜100方向で0.3〜0.6、それと垂直な方向で3.0〜6.0とされています。

（4） 熱溶解積層

914×609×914

ACS・PLA

6〜18

的な結論になりましたが、ここで検討した課題、前述のプロジェ

回答を得ました。

クト等、最新の情報を引き続きフォローし、水槽試験用模型製作の効率化に取り組んでいきたいと考えています。

● 現状、6m級の大型模型を製作可能な3Dプリンタは存在しない。

これらの回答と以上の検討結果を総合すると、大型模型製作
用3Dプリンタの開発課題としては以下が挙げられます。

１）大型模型製作に適した材料の開発● 大強度、軽量、低コスト

表5には材料価格も示しています。
これより3Dプリンタ(1)に-5

可 能 性につ い てヒアリング を 行 なったところ、以 下 のような

（千円/Kg）

合板では繊維の方向が種々組み合わされているため、線膨張率は3Dプリンタ向け材料の線膨張率は全て杉材よりも大きい値を現段階では3Dプリンタによる大型模型の製作については否定● 造形スペースの大型化、筐体の大型化が必要。
材 料

この中間程度を想定すれば間違いないものと思われます。

既 存 の 3 D プリンタメーカーに5 m 以 上 の 大 型 模 型 製 作 の材料価格

造形最大サイズ

造形方式(3) 線膨張率研究です。

従来技術の延長として可能。

表5 造形方式と最大造形サイズえる必要が出てきます。
このため外板厚さを含め、3Dプリンタに適した模型船の構造を検討する必要があります。

で、精度の問題を別にすれば模型船製作より高い要求仕様の● 3Dプリンタによる大型模型の製作はては最低この４倍が必要です。

ストの問題も有り、3Dプリンタ製模型船では重量を現状以下に抑ジェクトの目標は230m 2 の家を20時間で建設するというもの

入稿 2015.06.03（水）

ます。
しかし、加工性が非常に高く、容易にリサイクルできるメリット

５．3Dプリンタによる大 型 模 型 製 作 の 可 能 性と課題

SRC News̲No.96̲P06-07(2) 強度

より6 mサイズ の 模 型 船を製 作した場 合 の 価 格を試 算します。

２）大型模型製作を可能とする筐体の開発● 造形スペースの環境管理（温度、湿度等）

これを6m模示しており、最大のPPでは10.0×10 /Kとなります。

船型はCB =約0.82の肥大船、Lpp=約6.2mです。材料は当該型に換算すると0.6mm/℃となります。夏場には、製作時の気温と3Dプリンタ専用のエポキシ樹脂系の材料（比重；1.16、曲げ● 環境による変形が少ない材料試験水槽の水温の間に10℃程度の差が生じることが考えられるた

強度；62〜72MPa、材料費；25000円/kg）を使用します。3D● ヘッドの複数化

め、前述のITTCの精度基準を考慮した場合、熱膨張に対し何らか

プリンタ(1)では実際は1.5mまでしか造形できませんが、現状の対策を行なう必要が生じます。

の仕様のままで筐体の長さだけ大きくし、6.2mの出力が可能

３）高精度な造形を可能とする製造方法の開発

４）造形時間の短縮● ヘッドの複数化

図10 Contour Craftingプロジェクト
参考資料
1) RESERCH DESIGN STUDIO HP
http://www.rds-design.jp/products/?id=1246348068-504395
2) http://blog.livedoor.jp/bow̲field/archives/cat̲122623.html?p=2となると仮定して試算しました。なお、この模型船はパラウッド
により重量505kgで製作された実績があります。

(4) 耐水性(加水分解、吸水率、等々)
3Dプリンタ材料の加水分解について詳しく調べた資料はありま

パラウッド構造で作られた模型船の強度は、合板で作られたは最 重 要 の 課 題です。この２点につ いて技 術 的 なブレークス

せん。
しかしメーカーへの聞き取りの結果では、24時間程度では特内型で支えられているものと仮定します。この合板製の内型のルーがなければ3Dプリンタによる大型模型の製作は実現しなに大きな問題は無いのではないか、という実際の経験に基づいた重量を従来の実績より180kgと仮定します。エポキシ樹脂のいと考えています。

回答がありました。吸水率はABS、アクリルが0.2〜0.6重量%

比重は合板の2.11倍、曲げ強度は1.72倍（表４より）とすると、（24h）とやや大きく、現在製作しているような小型の模型では特にエポキシ樹脂の合板に対する比強度は0.815となります。これ問題は無いと考えられますが、模型船に使用する場合、慎重に検討

らの数値より、3Dプリンタ製模型船の重量は221kg、平均外する必要があると考えられます。

板厚は16.8mmと推定できます。この場合、材料費は約552万

3Dプリンタで大型模型を製作しようという研究開発が低調であ円で、パラウッド製模型船よりかなり高価なものとなりました。

るということです。
これは精度のよい大型模型を製作するという

表4 3Dプリンタ材料の物性

一方造形時間については形状に左右される部分が多いため、材料（現用）

材料（3Dプリンタ）

６．まとめ
3Dプリンタ業界へのヒアリングを通して見えてきたことは、ニーズが殆ど無いことに起因します。大型模型の需要があっても

パラフィン

合板

杉

簡単に推定することはできません。3Dプリンタ(1)は１時間の殆どがデザイン試作用であり、精度は必要有りません。1m程度の1.17-1.20 1.11-1.40 1.61-1.21 0.90-0.91 約0.9※1

0.4-0.7

0.3-0.4

アクリル エポキシABSPP3) 株式会社 ファソテック HP
http://biotexture.com/gallery/item#54) http://ijet.dgblog.dreamgate.gr.jp/e106566.html「国産高精細3Dプリンタ アジリスタ導入事例 vol.03」
5) KEYENCE株式会社、
6) 「船型性能改善のための省エネ装置(その1)」、
SRC News No.91 p.16-18、2012「模型船用パラフィン材の曲げ強度試験結果について」、
7) 吉成他、
日本造船技術センター技報第7号、P.4-13、1979/10
8) http://www.contourcrafting.org

造形で100mm×100mm×8mmのパネルの造形が可能と部品を分割して造形し、最後に組み立てれば事足ります。従って今試験センター技術部技術課

内田麻木

引っ張り強さ

Mpa

48-73

27-89

23-55

31-41

ー

ー

51-75

いうことが分かっています。かなり乱暴な推定にはなりますが、後も大型模型用の3Dプリンタが市販される可能性は低いものと試験センター技術部

金井

健

圧縮強さ

Mpa

73-125103-173

45-52

38-55

ー

ー

26-42

これを利用してパネル状の部品を張り合わせるイメージで船体考えています。

30-75

形状を造形するという仮定で試算してみました。対象模型船の一方、数少ないながらまったく別のニーズから大型3Dプリン

0.3-0.6※2

表面積と平均外板厚みより試算すると、模型船１隻の造形時間

タの研究が行なわれています。南カリフォルニア大学では災害

3.0-6.0※3は2266時間（=3.1ヶ月）となり、これも現実味の無い結果と用や宇宙空間での住宅建設を3Dプリンタで行なう Contour

なっています。

Crafting というプロジェクト8）が進められています。このプロ

比重

※1

曲げ強さ

Mpa

73-131

89-145

66-96

41-55

2-3

32-46

線膨張率

10-5/K

5.0-9.0

4.5-6.5

6.5-9.5

8.1-10.0

約11※1

ー※1：配合により変化 ※2：繊維方向 ※3：繊維と垂直方向

6

この中でも特に 造形時間の短縮 と 低コスト材料の開発

SRC News No.96 June 2015

SRC News No.96 June 20157