第Ⅰ章 講演会

Ⅰ―１ 講演会
3D プリンタ/フォーマットの現状、FAV(FAbricatable Voxel)の紹介と標準化の状況
講師：富士ゼロックス株式会社

研究技術開発本部 マーキング技術研究所 研究主席 藤井雅彦

開催日

：2016 年 12 月 12 日

参加者

：17 名

記

：杉本 勉 ∗

１．はじめにLanguage/Structural Triangle Language)の課題、FAV

近年、リコー、キヤノン、セイコーエプソン、米 HPの効果と期待、FAV 等の新しいフォーマットの標準化等のプリンターメーカーが、相次いで 3D プリンタ事業の現状、最後に 3D プリンタ技術の現状と課題という流への参入を表明してきており、本事業領域は技術調査れでご講演いただいた。

専門委員会としても注目している分野である。3D プリンタは、将来の製造技術として注目されており、高速

2.1. FAV の概要と期待化や材料範囲の拡大等の製造技術が進化する一方、従3D プリンタの着想は、古くは WAX を積層して作る立来の 3D プリント用データフォーマットでは、内部構造体地図や、ゼラチンに光照射で立体形状を作る写真彫の記述ができない、カラー情報や造形に用いる材料情像が源流だとされる。このような積み重ねの製作方法報を保持できない等、高度な造形に対応した共通のデをもとに、CAD データから座標軸を合わせて造形するータフォーマットがないという課題があった。

機器が三次元積層造形機である。その基本的な技術を

本講演では、3D プリンタの新しいデータフォーマッ考案し、1980 年に紫外線で硬化する樹脂での光造形法トである FAV (FAbricatable Voxel)の研究を慶応義塾の特許出願をしたのが小玉秀男氏であった。1987 年に大学と進めてこられた富士ゼロックス株式会社の藤井は、3D Systems 社により世界初の 3D プリンタ実用機

様に、FAV の概要や期待効果、標準化の現状や取り組SLA 1 が製品化され、その後今日まで、内部のフルカみに加え、3D プリンタ関連の全体動向として、現状やラー化、材料混合、内部構造の複雑化が可能となる等、課題への取り組み状況についてもご講演いただいた。

技術が進化してきている。
これまで標準的なデータフォーマットであった STL

２．講演内容は、切削や射出成型に適用するため 30 年以上前に提案

講演は、3D プリンタの歴史とこれまで標準データフされたフォーマットであり、色情報を持たない、材料ォ ー マ ッ ト で あ っ た STL (Standard Triangulated

情報を持たない、複雑な内部構造を記述できない等、∗

技術調査専門委員会委員-1-

第Ⅰ章 講演会
3D プリンタの特長が活かせていなかった。そこで、AMFエラー修復の必要がなくロバストである、データ編(Additive Manufacturing File Format) や 3MF (3D集・加工が簡単等の特長を有している。

Manufacturing Format)等のフォーマットが考案され

FAV 等のボクセルベースのデータフォーマットが普たが、STL と同じポリゴンベースであり、色情報、材及して 3D モデリングの敷居が下がれば、自分で欲しい料情報は限定的、内部構造は表面からの補完や予測にものを自分でモデリング（編集）できるようになり、留まっている。

メーカー主導のものつくりからユーザー参加型のもの

そこで、2 次元画像（ドキュメント）におけるピクつくりへの変革が可能となってくる。

セル（基本画像単位=画素）に相当する概念として、3FAV の活用のためのサイトとして、次元物体ではボクセル（Voxel=Volume Pixel：基本立

富士ゼロックス「FAV 紹介技術ページ」の WEB サイト

体単位）を提案している。

http://www.fujixerox.co.jp/company/technical/com

ボクセルベースのフォーマットである FAV は、慶應

munication/3d/fav.html

義塾大学 田中浩也教授と共同研究しているものであ

慶應義塾大学が中核拠点になっている COI「感性とデり、2016 年 7 月に仕様を公開(ver.1.0)、誰でも自由ジタル製造を直結し、生活者の創造性を拡張するファに使用することができる。FAV の特長として、各ボクブ地球社会創造拠点」の WEB サイト

セルへの色情報や材料情報の保持、近傍のボクセルとhttp://www.fabtechs.co/の相互関係（接合強度等）のリンク情報の保持（3D プ

FAV ハンドリングツール[VoxAFAB]

リンタによる造形物の異方性反映、将来の実現可能性）、http://www.fabtechs.co/ボクセル形状やサイズの自由な定義（基本的な形も用

3D データサーチエンジン（FAV 形式のデータベース）意されている）等があり、世界最高水準の 3D モデルのhttp://www.fab3d.cc/表現が可能である。

が紹介された。

FAV のファイルは、ID、名前、作者情報、ライセンス情報等を記載した“metadata”、ボクセルの形状、2.2. データフォーマット標準化の現状サイズ、材料等の基本情報を記載した“palette”、ボ

30 年以上使われてきた 3D プリンタ用ファイルフォ

クセルの定義として形状や倍率を palette の ID で指定

ーマット STL は、形状の情報のみしか保持しておらず、した“voxel”、3D 空間へのボクセル配置を記載した

素材や構造の情報を記述できないなど、3D プリンタの“object”で構成されている。Object では、grid で進歩に対して追従できないなどの問題が多くなってき3D 空間を設定し、Structure でボクセルの配置、色情たため、ISO と ASTM は共同で、Additive Manufacturing

報の配置、ボクセル同士の相互作用を定義している。の標準化に取り組んでいる（連名での規格発行に合意）。

従来のカラー化手順は、情報伝達を担うフォーマッ

一方、マイクロソフト、HP、3D Systems、AUTODESK、トの多くが色情報を保持できないため、3D プリンタ側

Stratasys、Siemens 等の企業が主体となって、3D モデのアプリケーション側で色付けを行うものであり、色ルデザインと 3D プリンタの親和性を高める新しいフをつけるパーツ（シェル）ごとに、位置、サイズが合ォーマットである 3MF も検討されている。FAV として致するように設計をする必要がある。

も、2016 年 7 月の ISO/TC261-ASTM F42 国際会議でのポリゴンベース（例えば STL）の場合、3D CAD の習得が必要、ポリゴンの重なり、抜けの修復が必要、メFAV の提案や HP と情報交換等、ボクセルの概念を導入していただく活動を行っている。

ッシュデータの編集が困難で不具合があった場合はFAV は 3D プリンタの能力を引き出し、市場を活性化

CAD からのやり直し等の課題があった。ボクセルベーし、成長させるために慶應義塾大学と開発したものでスの FAV では、直感的なモデリング（積み木）が可能、あり、誰もが無償で使用することができる。FAV を広-2-

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く安心して使っていただくため、デジュールスタンダモデルとは別の材料とする機種が多い。着色した材料ード、デファクトスタンダードの両方を目指した活動を同じ位置に吐出し、混ぜ合わせることでフルカラーを進めていく。デファクトスタンダードとしては、富化が可能。同じように、異なる物性の材料を混ぜ合わ士ゼロックスや慶應大が関わっているプロジェクトせて新たな物性とすることもできる。スケーラビリテ(COI,ISO/TC261=TRAFAM)や活動、パートナー、あるいィーが高いが、ドット（未硬化樹脂液）の干渉防止のは様々な機会を利用して FAV を紹介し、商品やサービため、低解像度でのマルチスキャン（例えば 4 回）がスに採用していただく。また、デジュールスタンダー必要で、このために速度低下する。

ドの活動としては、ISO/TC261 の国内審議委員会を通・シート積層法

じて、AMF の次のバージョンへの包含、あるいは FAV

シート材を断面形状で切断し、隣接する層を接合（接単独の標準化を提案する。上記活動の中から FAV に対着や溶接）しながら積層する。普通紙や金属箔などをする要望や使い勝手を吸い上げながら、次に version使う装置が実用されている。切断や接合には、様々なに反映させていく。

方法が考えられる。普通紙を使う装置では、フルカラーの立体モデルを造形できる。テープ状の材料を使う

2.3. 3D プリンタの現状と課題ことで、断面形状内で異なる材料とすることも可能。

現状の 3D プリンタ方式と特徴を、2009 年 ASTM の国

普通紙が使えるのでランニングコストが低いが、吸湿際 会 議 で 採 択 さ れ た 3D プ リ ン タ 方 式 （ Additiveによる変形がある。

Manufacturing 方式）の分類に従って解説する。

・材料押し出し法

・液槽光重合法(Vat photopolymerization)

造形材料をノズルから押し出すことで立体モデルを造紫外線硬化樹脂液表面から、硬化したい領域（パター形する。造形物を固定するテーブルのノズルの相対位ン）に紫外線レーザーを照射して硬化させる。造形物置を変化させることで、断面形状を作製し、積層しての精細度（分解能）が高いが、紫外線硬化型樹脂であいく。ノズルを複数搭載する装置もある。一般的にはり、強度、長期間での強度異時性はない。

熱可塑性樹脂をノズル手前に設置したヒータで溶かす

・結合剤噴射法

機種が多い

石膏や樹脂、砂、セラミックスなどの粉末に対してバ・指向性エネルギー堆積法

インダー（接着剤）を選択的にインクジェットノズル

対象金属麺をレーザーで培融し、金属粉を高速気流にから吐出して固める。着色したバインダーを使うこと乗せて付着させる。3D 造形だけでなく、金属物体の修でカラー化が可能。造形後に、粉末間の隙間に材料を理にも用いられる。

含浸（がんしん）させる処理が必要な場合がある。バ

このような 3D プリンタ共通の効能をまとめると以インダーによる結合のみで強度が弱い（後処理必要）下となる。

・粉末床溶融結合法

・型不要でありオンデマンド、カストマイズ向き

レーザーによる高いエネルギー付与により、金属材料・複雑な形状・一体造形が可能（粉末）が扱える（溶融させ結合硬化）。金型製造の・モノを運ばずデータを転送し、現地生産可能可能性表面性が悪く、金型への適用には研磨が必要。

・マルチ材料が扱える（特にインクジェット法）

サーマルヘッドにより、ナイロン粉末を溶融結合する・低価格化、資金調達のクラウド化、ネットワークに装置が発売されている。

よる販売が可能・材料噴射法（インクジェット法）

また、現状の 3D プリンタの課題と技術開発の内容を

光硬化性樹脂やワックスなどをインクジェットノズルまとめると以下となる。

から吐出することで積層造形する。サポート材を立体・高速化（積層方向）-3-第Ⅰ章 講演会
構成要素とパラメータの進化、積層プロセスの打破

例えば、Printed Electronics、食品への適用（可食）、・材料範囲の拡大

バイオミメテックス、幹細胞、本物に近い質感の再現

各方式で材料範囲（機械特性、物性）を拡大等が検討されている。

・精度と分解能

また、3D プリンタの課題として、製造物責任の問題

造形速度とトレードオフの関係にあり、高速化におけがある。同様な事は 2 次元のプリンタでも起こる問題るブレークスルーが鍵になる。

だが、危険性は生じない社会環境、法整備が追いつい・造形サイズていない状況である。例えば、ある製造業者が 3D デー

スケーラビリティの高い FDM 法で建築用巨大 3D プリンタを購入し、3D プリンタで作成した商品を販売し、そタが提案されている。インクジェット法も大サイズ化の商品を購入した消費者の使用中に商品が壊れた場合、に向いている。

だれが責任を取るのであろうか。現時点では、３D デ・現行データフォーマットの限界

ータのデザイナー、3D プリンタ製造者、商品生産販売

3D プリンタ能力を引き出すボクセルベースの新しい者、いずれの責任なのか、購入者自身の自己責任なのフォーマットを提案

か明確ではない。しかし、普及期は普及促進が必要で3D プリンタへ更なる付加価値を追加するためにはあり、情報公開を前提として、作成者、使用者が責任どのような事が必要なのか。例えば、Startrek に登場を持って利用することが良いのではないかと考える。

する Replicators のような、あらゆる材料が扱える 3Dその後のステージ（普及期）では法律等の取り決めがプリンタは登場するのであろうか。それは、将来の研必要であり、今から準備を進めるべきである。社会環究者に託すとして、当面の技術開発動向として、以下境、法整備が追いついてこないと適切な対応ができず、のポイントが上げられる。

結果、全てに覆いをかけてしまうであろう。

・高速化

3D データの著作権保護の仕組みとして、クリエイテTRAFAM（技術研究組合次世代 3D 積層造形技術総合開発ィブコモンズが利用され始めている。クリエイティブ機構）において、金属材料、砂型造形による高速造形

コモンズとは、インターネット時代の新しい著作権ルが検討されている他、インクジェットや FDM のマルチールを定めるプロジェクトであり、クリエイティブコノズル化が進められている。

モンズを利用することで、3D データの作者は著作権を・材料範囲の拡大保持したまま作品を流通させることができ、受け手はインクジェット方式により、各種プラスチックに加え、ライセンス条件の範囲内で再配布や改変をすることが生体適合材料、ゲル材料、加食材料、木材等の造形もできる。クリエイティブコモンズを利用して、データ可能である。

流出、違法ダウンロードを防止しながら、データを有・フルカラー化、高画質化効に利用するための技術手段が開発されている。

結合剤噴射法やインクジェット法により、より高画質なカラーが進められている。

2.4. まとめ・サイズ

３D プリンタの活用が進みモデリング環境が大きく

前述のように、建築用 3D プリンタ（FDM）が提案され変わる一方で、デザイナ（設計者）の考え方、教育をている。

変えていく必要がある。３D プリンタの活用が進むと、現在の開発は、要求される材料で形を正確に早く安マスカストマイズ市場（ロングテール市場）が立ち上く作る事が主であるが、トレンドを変える技術進化とがり、ものつくりの変革が起きるであろう。従来のポして、次世代の 3D 造形技術の向かう方向は、新たな機リゴンベースのデータフォーマットからボクセルベー能や価値を提供できる 3D 造形へ向かうと考えられる。

スのデータフォーマットへのパワーシフトが起こるべ-4-

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きであるが、標準化活動は始まったばかりであり、３Dプリンタ用のデータフォーマットは今後も複数混在するであろう。
また、形以外の価値（機能）を提供する３D プリンタも重要な進化の方向性であり、新しい価値を提供する３D プリンタ（データ）の取り扱いについて考える必要がある。そのような観点で、機能情報の伝達にも使える可能性がある FAV は有望なフォーマットである。

３．おわりに講演会には会員各社の方が参加されており、また、講演終了後の質疑応答や名刺交換も活況で、講演内容への参加者の関心の高さが伺えました。
最後になりますが、藤井様にはお忙しい中、時間を割いていただき、また非常にわかりやすい講演を行っていただきました。この場を借りて御礼申し上げます。

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禁 無 断 転 載2016 年度「ビジネス機器関連技術調査報告書」“Ⅰ―１”部
発行2017 年 6 月
一般社団法人 ビジネス機械･情報システム産業協会（JBMIA）
技術委員会 技術調査専門委員会〒108-0073 東京都港区三田三丁目 4 番 10 号 リーラヒジリザカ 7 階
電話 03-6809-5010（代表） / FAX 03-3451-1770-6-