令和元年度福島県ハイテクプラザ試験研究報告

デジタルファブリケーションによる伝統工芸品の製造手法の提案（第２報）
3D Proposal of manufacturing method of traditional crafts by digital fabrication( 2nd report )会津若松技術支援センター 産業工芸科 堀内芳明 出羽重遠
本研究は、伝統産業の今後の技術継承に向けて、３Ｄスキャナ等で測定したデータをもとに、３D プリンタ等のデジタルファブリケーション機器と職人の手仕事を組み合わせたデジタル製造技術を提案することを目的としている。今年度は県内２企業の協力を得ながら、製造現場で試作品の製作及び成形実験を行い、量産化に向けての製造方法を確立した。
Key words: 伝統産業、デジタルファブリケーション機器、３Ｄモデリング、

１．緒言
県内の伝統産業界では、職人不足による生産数の減少や後継者不足のため技術の伝承が困難になりつつあるという問題が顕在化している。
本研究では、伝統工芸品を中心に３Ｄスキャナ等で３次元データを取得し、そのデータをもとに、ＮＣ加工機や３Ｄプリンタ等のデジタルファブリケーション機器を活用して、職人の手仕事を組み合わせた、伝統産業向けのデジタル製造技術を提案することを目的としている。
また、本研究事業は、これまでデジタル製造技術を活用したことがない県内の伝統産業界に対して、デジタル製造技術の有効性の理解と導入を促進させることもねらいとしている。導入を促進させるためには、研究活動と日々の技術支援等を通して活用事例を増やし、活用範囲の幅を広げ、デジタル製造技術の敷居を下げることが必要である。そのためには、県内の様々な伝統産業の製品を対象とした開発事例作りが重要であると考える。
今年度は、量産化に向けて、製造現場での試作と実験を行った。また、開始から２年間で得たノウハウや成果を普及するため、県内の伝統産業界を対象にした、３Ｄスキャナの基礎知識を解説する講習会と本研究事業の成果中間発表会を開催した。

２．製造手法活用し、精度を求めるものや複数の部品と組み合わせるものは、取得した３次元データを参考に新たに３Ｄモデルを作成した。

３．試作と結果製作するものとして、蓮華座とだるまを選定した。
協力企業と打ち合わせを行いながら、量産化に向けて試作と実験を行った。
３．１．蓮華座の試作
３．１．１．試作
位牌の部品の一つである蓮華座は、他の部品と組み合わせるため精度が必要な部品であるため、Ｘ線ＣＴを用いて取得した蓮華座の３次元データを参考に３ＤＣＡＤソフトウェアの Robert McNeel & Associates
製 Rhinoceros 5 を使用して、加工用データを作成した。加工用データの作成方法は以下の通りである。蓮
華座を上面から見ると上下左右対称の形状をしている
ため、図１のとおり４分の１の形状を作成し、上下左右の反転複製を行い全体の形状を作成した（図２）。

図１ 4 分の１の形状

製造手法は、選定した伝統工芸品の製造工程を伺い、デジタル製造技術を導入できる可能性のある工程を協力企業と協議しながら研究を進めた。３ＤスキャナやＸ線ＣＴを用いて３次元測定し、取得した３次元データを導入が想定される工程やその後の工程等を考慮してデータの編集を行う。編集したデータをデジタルファブリケーション機器で試作を行い、協力企業の製造工程への導入を検証する。
データの編集では、精度を余り求めないものや単品で製品になるものは取得した３次元データをそのまま事業課題名「3D スキャナを活用したデジタルデザイン製造技術の確立」[平成３０～令和２年度][基盤技術開発支援事業]-1-

図２ 全体の形状

各々の花びらの作成は、花びらの中心を通る筋に当たる部分の稜線とその稜線から鉛直方向に伸び、花びらに膨らみを与える稜線、花びらの形状を決める外形線を作成する。その後、作成した線群を元に花びらの形状を作成した。また、線対称の形状をした花びらは片側の形状を作成し、その形状を反転複製することで形状を作成した。作成した加工用データを製造現場のＮＣ加工機で読み込み、製品に使用する木材を用いて試作を行った（図３）。

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３．２．１．改良
協力企業に試作した量産用型の仕上がりと剛性を確認したところ、代替品として利用可能とのことであり、より簡単に量産用型の製作のために、型の厚みを薄くして、金網を張らない量産用型の開発を行った。型の厚みを 10[mm]から 5[mm]に変更した。水の吸引の減圧に耐えるか実験を行うために、だるまの高さを 45[mm]にした量産用型を設計し、３Ｄプリンタを使用して試作を行った。水抜き穴の直径が小さかったことにより、穴の内側にサポートが成形されなかったが、穴の貫通具合にばらつきがあったので、全ての水抜き穴に千枚通しを通して貫通させた。製造現場で、容易に実験ができるように、専用の木製外枠も設計し、製作を行った（図６）。

図３ 実製品に使用する木材を用いた試作品

３．１．２．改良
試作品の仕上がりを目視で確認したところ、蓮華の花びら６か所に凹みの筋が入っていた。作成した加工用データも併せて確認したところ、同様の凹みを確認した。製品の仕上げ工程を考慮すると、形状が凹んでいるより、膨らませて厚みを持たせた方が良いとのことで、加工用データの修正を行った。当所にて、凹みの原因となった膨らみを与える稜線の角度を外側に向く角度に修正し、形状を作成した（図４）。

図６ 改良した量産用型と木製外枠

今後、修正したデータを使用して、協力企業にて実際にＮＣ加工機での試作と試作品に表面加飾を施し、品質の確認をする予定である。

３．２．２．成形実験
製造現場にて改良した量産用型を使用して、だるまの成形実験を行った。型の厚みを薄くした量産用型でも、水の吸引の減圧に耐え、だるまを成形することができたが、成形されただるまは原材料のパルプが水抜き穴に入り込み、だるま全体に刺状の突起がついた形状になった（図７）。

３．２．だるまの量産用型の製作
初年度は、だるまについて３Ｄスキャナを用いて３次元測定を行い、取得した３次元データを元に３Ｄプリンタ（Creality 製 CR-10 S4）を使用して、従来の量産用型の再現方法を確立した（図５）。また、量産用型の製造工程を短縮するために水抜き穴を自動で配置するプログラムを Rhinoceros 5 のプラグインである
Grasshopper で新たに開発した。

図７ 成形されただるま

図４ 凹みの筋の修正

３．２．３．水抜き穴の大きさの実験
突起の原因は、水抜き穴の直径が大きいために、原材料が水抜き穴に入り込んだためである。そこで原材料が水抜き穴に入りこまない穴径を検討した。実験用型として、直径 0.7[mm]、0.8[mm]、0.9[mm]の水抜き穴を約 4mm ピッチで配列した各々の型を３Ｄプリンタで製作し、穴の貫通具合の確認と出力したものに水を入れ、水の通り具合を確認した。３Ｄプリンタの設定は、水抜き穴の仕上がりの良さから、使用するフィラメン

図５ 量産用型の試作品-2-

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トを PETG から PLA に変更し、積層ピッチはこれまでと同様に 0.08[mm]に設定した（図８）。

図８ 実験用型

穴の貫通具合は、直径 0.35[mm]の３Ｄプリンタ用クリーニングニードルを各穴に通して確認を行った。
0.9[mm]の実験用型では、全ての水抜き穴にニードルを通すことができたが、その他の型はニードルが通らない箇所が多々あった。水の通り具合は、凹みに水を入れ水抜き穴からの水の出具合を確認した。0.9[mm]の実験用型では、各穴から水が沁み出した。その他の型では、内側から圧力をかけないと水が沁み出さなかった。
今後、水抜き穴径が 0.9[mm]の量産用型を製作し、製造現場でだるまの成形実験を行う。

伝統工芸分野での３Ｄスキャナの活用方法を解説いた
だいた。その後、研究成果中間発表として、県内の伝統産業における手仕事とデジタル製造技術を組み合わせた商品開発の可能性と南相馬技術支援センターで行ったＸ線ＣＴを使用した３次元測定の事例紹介を行った。
本研究事業に協力いただいた幾つかの県内企業の中には、事業を切っ掛けとして、従来の製造技術に加え、新しい製造技術の確立のために、３Ｄスキャナやデジタルファブリケーション機器を活用したデジタル製造技術の先行開発事業が立ち上がった。今後、事業が進めば、企業独自の製造技術が確立され、様々な製品に活用される可能性がある。本研究事業は、特定の製品の製造技術開発であるが、協力を切っ掛けとして企業内で事業立ち上げまで繋がった。
今回研究している伝統産業へのデジタル製造技術の導入は、製造工程の削減や安定した品質の製品を製造に繋がる。全て手仕事で行っていた製作工程の一部をデジタルファブリケーション機器に任せることにより、手仕事を必要とする仕上げの工程などに、多くの時間をかけることができようになるため、より質の高い製品を製造できる利点がある。

謝辞
本研究を遂行するにあたり、様々なご協力をいただ
今年度は、蓮華座では、作成したＮＣ加工用データきました県内の協力企業の皆様と講演会講師を引き受を用いて製造現場での試作を行った。試作品に不具合けていただいた株式会社ケイズデザインラボの大関淳のある箇所があったため加工用データの修正を行った。 也様に感謝申し上げます。
今後、修正したデータを用いて、協力企業が量産化に向けて製品開発を行う予定である。
参考文献
だるまの量産用型の製作では、より簡単に量産型を
１）堀内芳明, 出羽重遠. デジタルファブリケーショ
製作するために、金網を不要とする改良を加えた量産ンによる伝統工芸品の製造手法の提案, 平成３０年
用型の試作を行った。３Ｄプリンタで出力した試作の度福島県ハ イテクプラザ試験研究報告書, 2019,
量産用型でだるまの成形はできたが、水抜き穴にパル
p.123-125.
プが入り込み、だるま全体に刺状の突起が付いたことから、パルプが入り込まない水抜き穴を開発するために実験を行い、水が沁み出してくる穴径を検証した。
今後、実験結果を元に、水抜き穴の径を変更した量産型の設計及び試作を行い、製造現場での成形実験を行う予定である。
また、デジタル製造技術の普及のために、令和２年２月２１日に、平成２９年度から整備してきたデザイン支援関連機器（３ＤＣＡＤ搭載ＰＣ、レーザー式精密加工機、卓上ＮＣ加工機等）に加え、今年度、新規導入したフルカラー３Ｄハンディスキャナの機器利用講習会及び研究成果中間発表を行った。会津地域の企業を中心に２１名の参加があった。機器利用講習会は、（株）ケイズデザインラボの大関淳也氏を講師に招聘し、３Ｄスキャナの方式や３次元データの種類等の基礎的な知識と３次元測定後の３次元データの編集方法、

４．結言-3-