三次元彫刻器を用いた立体成形技術の開発［要坂之上悦

典＊●市

恒人＊＊

村旨］

立体形状モデル製作について、インターネット上においてフリーで流通しかつ操作性のよいCGソフトと安価なCAMソフトを組み合わせるシステムを検討した。その結果、パソコンベースで複雑な三次元立体形状についてのデジタルデータを、容易に作成するシステムが開発できた。

１

緒

言

金型産業におけるモデル製作工程を図１及びシス

府内の工芸業界、とりわけ漆器や神仏具製作にテムの長所と短所を表１に示す。この分野におけ見られるような立体形状を製作する分野では、アる製造はCAD／CAM化が著しく進んでおり、基ジア諸国からの安価な製品の流入や高度な製作技本的に設計からモデル検討及び切削加工に至るま法の伝承に時間を要することから、急速に産業競でデータの受け渡しはすべて電子情報で行われて争力を失いつつあり、業界の存続が岐路に立たさいる。そのため、複雑な立体形状の修正もコンピれている。これに対し、府内では伝統工芸専門校などにおいて後継者に対する製造技法の伝承を組織的に行っているが、海外とのコスト競争に打ち勝つ

ものづくりにするためには、従来と異なった製造システムを構築する必要がある。
そこで、本研究ではモデル製作のための形状データ作成をパソコンベースで安価に行えるシステ
ムについて検討したので報告する。
図１

２

加工システム検討内容

２−１

モデル生産行程

３次元形状製造における現在の問題点

表１

現在、３次元形状を工業的に切削して製造している代表的な分野として金型産業があげられる。

＊

技術部材料技術課（現在＊＊

情報機器を活用した金型産業における産業振興課新産業推進係技師）

技術部材料技術課
（現在技師

主任研究員

技術支援課工業材料担当）― 77 ―

金型産業に見られる生産行程の長所と短所

ュータ上で行い、切削データの作成、修正および有する職人が単品生産で対応してきた。本研究でシュミレーションも早い。一方、切削対象が金属は、この３次元形状製作過程における形状の削りであるため、立体的な複雑形状のすべてを工作機出しに相当する部分のコンピュータ化を行った。

械により加工する。そのため、数値制御工作機械

まず、最初に製作を考えている図形情報のデジに対応するCAD／CAMソフトも数百万円〜数千タル化について検討を行った。装置の概略を表２万円（年間保守費を含む）と高額であり、図形をに示す。金型産業に見られるような高度な機能を構成するための複雑な操作が要求され、また長期有したCAD／CAMは、対象業界である工芸業界にわたる形状作成のための技量修得が必要となにおいてはなじみが薄く、また製品単価に対してる。

過剰な設備投資とも考えられる。そこで、アニメなどの製作時に利用されるCG（コンピュータグ２−２検討したモデル加工システム

ラフィクス）のソフトの中で、フリーソフトもし研究対象の工芸業界においては、零細な伝統的くは安価なもので操作性の良いものについて検討手工業形態が多く見られる一方、若手職人の間でした。検討ソフトの一覧を表３に示す。その結果、は製作対象の２次元形状データ作成をパソコンで利用できる図形に制限があるものの、①使用ユー行い、そのデータに基づいてモデル切削をNC旋ザの数が多いこと、②コマンド数が少なく操作性盤やNCルータで行っている形態１）も一部で見らが良好、③フリーソフトである、の点から六角大れる。一方、市場における商品のニーズは単純な王を用いることとした。

２次元形状のものから、人に優しい形状でかつ複雑な３次元形状の加工物が要求されるようになっ

六角大王を用いて図形を製作する場合の手順を
図２に示す。てきている。そのため、従来は高度な加工技術を

表２

表３

六角大王により製作される図形データは、他の検討したモデル生産システムの緒元CADとして用いるソフトの検討― 78 ―

図２

六角大王を用いた立体図形の作成

ソフトでの使用を考慮して３ＤのDXF形式とし55mm、高さ13mmであり、同寸法の直方体の材た。本実験において作成したモデル図形は、イル料から所定の形状に切り出すまでの時間は約1４カ及び般若面であり、データの大きさはそれぞれ、時間であった。
図４に示されるように、仕上がり面においてモ204Kbit、172Kbitである。

デリングの構成面がそのまま反映されているため

２−３

モデル加工機での立体形状製作

２−３−１

粗雑感があるが、全体としての形状はイメージ下「イルカ」モデルの製作

絵の写真を良好に反映していると考える。

パソコン画面上でフリーハンドにより「イルカ」のモデルを作成し、モデル加工機を用いてモデリ

２−３−４

モデル加工機での課題

ングワックスを切削する事により立体形状を作成

課題としては、①ボールエンドミルを用いて切した。作成手順を図３に示す。モデルの加工寸法削を行うため、切刃直径より小さい部分での切削は長さ65mm、巾30mm、高さ22mmであり、同はできない、②立体形状を一つの原材料より削り寸法の直方体の材料から所定の形状に切り出すま出す場合、表面と裏面との座標原点での一致が工での時間は約12時間であった。

作機械のようにミクロン単位で正確にできず、両面の原点を一致させる手法の考案が求められる、

２−３−２「般若面」モデルの製作③モデル加工機の場合切削用モータ出力が小さい

写真ベースの元図をパソコンに読み込み、輪郭をなぞりながら「般若面」のモデルを作成し、モため、一回あたりの切込量が小さいため、形状の生成に時間がかかる、などがあげられる。

デル加工機を用いてモデリングワックスを切削する事により立体形状を作成した。作業工程を図４２−４に示す。モデルの加工寸法は長さ72mm、巾
― 79 ―

NCルータによる立体加工

モデル加工機において製作した般若面の形状デ

図３

図４

モデル加工機での立体形状製作

モデル加工機を用いた凸凹の多い形状の加工（般若面形状）ータを用いて、NCルータにより実大寸法に近い面の組み合わせによる形状の切削とは異なり、複モデル（長さ190mm、巾145mm、高さ35mm）

雑な面形状の切削を行うため数値データが膨大なの切削を行った。従来おこなわれていた簡単な平ものとなる。そのため工作機械には切削データを― 80 ―ろ、一部仕上がり形状に粗雑なところが目立つものの、良好な概略を得た。今後の切削条件の改善により、実レベルでの適用が可能と考えられる。

謝

辞

形状データを工作機械へ転送するにあたり指導助言をいただきました、技術部機械電子課の後藤主任研究員および田野技師にこの場をかりてお礼申し上げます。

図５NCルータによる般若面切削（参考文献）（被削材：MDF）

１）津田吉治ほか、京都府中小企業総合センター
技法No.19、P77、（1991）

パソコン介して逐次転送する方式（RS232Cによる通信）を採用した。仕上げるまでに切削時間は約16時間を要した。仕上切削後の型を図５に示す。
モデル加工機の場合と同様に全体形状は良好に切削できたと考える。ただ、粗加工時に、直径10mmのストレートのエンドミルを使用し、仕上げに仕上げ代１mmで直径６mmのボールエンドミルを使用したため、一部に粗加工の段差を残した仕上がりとなった。今後の課題と考える。

３

まとめ

１）工芸業界において作成される複雑な形状を、インターネット上で入手可能なフリーソフトを活用し、市販のパソコンベースでデジタル化できるシステムを提案した。
２）提案したシステムで作成したデジタルデータ化された立体形状を、モデル加工機を用いて切削したところ製作イメージに近い良好な形状を得ることができた。
３）更に、実際のNC加工機に形状データを転送し製品寸法サイズの切削加工を行ったとこ― 81 ―