SIP（戦略的イノベーション創造プログラム）／革新的設計生産技術

ADDITIVE MANUFACTURINGを核とした新しいものづくり創出
東京大学生産技術研究所 新野俊樹
平成31年1月30日

SIP 革新的設計生産技術公開シンポジウム2019

2019年1月30日

革新的設計生産技術における位置づけ：設計支援技術
革新的生産技術を生かす最適化、シミュレーション
設計
工程

企画

基本設計

詳細設計

・製品概念
・製品機能・製品構成

・形状・材料
・製作法

機能要求

設計
支援
ツール
/技術

最適構成 適合要求

生産設計
・システム
・工程
・作業
適合形状 生産要求

製造
効率・品質

設計・シミュ
レーション

モデリング

3D CAD

工程/ライン設計

構想Sim(1D CAE)

機械系SimプロセスSim最適化

製品構成最適化

形状最適化

工程/ライン最適化

3Dプリンタ等の複雑・迅速造形を生かした、高機能形状の生成を支援

革新的生産技術（ツール）

3Dプリンタ

新たな生産技術の高精度化
効率化、実用化を支援

機能性付加（表面処理）

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2019年1月30日

革新的設計生産技術における位置づけ：生産技術
多様なニーズに応じた設計に対応できる、複雑な形状や、多様な材料を用いて従来にない機能を実現する生産技術
3D造形技術

機能性付加技術

製品機能性
ナノ修飾材料

傾斜材料・異方性材料
高付加価値品

超マイクロ造形

スーパ
エンプラ
チタン合金

超耐熱合金

スーパ
エンプラ

実用品

ソフト
マター系
ゲル、
ラバー

生体医療・航空機

生体医療・航空機・
介護ロボット・スポーツ

模型(ﾓｯｸｱｯﾌﾟ)

高精度造形・直接造形

超低密度
高強度
セラミック
ス

生体・航空機(鋳型)・
フィルタ

従来の技術領域
金属

樹脂・高分子材料

セラミック

表面処理
セラミックスコーティング、金属コーティング等
異種材料の分子接合

今後期待される技術領域(SIPの技術開発領域)

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2019年1月30日

計画の概要
最終目的： AM技術（3Dプリンティング）を活用することによって，従来無かった新しいモノづくりの価値を創造するために，AM技術そのものを向上し，周辺技術を確立し，さらには新しい価値の例を示す．
アプローチ：
製造力の向上スーパーエンジニアリングプラス
チック加工技術の確立
産業界への新しい加工技術の実装

製品力の向上機能的でカッコイイ
製品の提示
例： スポーツ義足設計力の向上• 自然物にフィットする自由形状• 熟練技能者• 高付加価値をうむ複雑構造に適したCADの開発

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2019年1月30日

目標• 製造力の向上
ハイエンドスーパーエンプラ（PEEK)を造形し、射出成形品と同等の機械性能を得る。（引張強度80MPa以上）• 製品力の向上：
スポーツ義足を例に、意匠性にすぐれ、性能的にも現行の義足をしのぐ、カッコよくて勝てる義足を開発する。
• 設計力の向上：
義足用ソケットを例に，これまで技能者が製造していた義足のCADデータが作成可能なCADを開発

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製造力の向上2019年1月30日

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2019年1月30日

研究開発成果• スーパーエンプラ加工技術の確立
進捗

材料

融点 [℃]

引張強度 [MPa]曲げ強度 [MPa]開始時

PA12（現行材料）

184

49

57

3年目

PPS
（ローエンド）290

65(66-86)

−(96)

4年目

PEEK
（ハイエンド）340

91(71-103)

167(110)

カッコ内は射出成形品の代表値

PPS（ローエンドスーパーエンプラ）
自動車・事務機器等高耐熱が必要な部品
医療機器等蒸気滅菌が必要な部品

歯科補綴物

PEEK（ハイエンドスーパーエンプラ）
インプラント・歯科補綴物
航空宇宙機器の軽量化

インプラント

従来工法による加工

従来の工法：大きな塊から切削加工するため。
高価な材料の90%以上を廃棄。
AMによる製造：部品に必要な材料のみを使用

除去加工では加工できない複雑形状も加工可能

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研究開発成果（製造力の向上）

2019年1月30日

SIP 革新的設計生産技術公開シンポジウム2019

製品力の向上2019年1月30日

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研究開発成果（製品力の向上）• AMならではの構造• 実走行可能• 高剛性・高耐荷重• 選手使用義足よりも重い• 約760g（無塗装）2019年1月30日

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2019年1月30日

研究開発成果（製品力の向上）•••

AM技術を応用した高機能競技用義足の開発。走行可能であることを確認
形状を最適化し、現行のスポーツ義足より軽量な義足を設計
通常の義足にも展開
自動生成構造の強度シミュレーション

最適化面に図のような放物線面が形成

軽量設計モデル

試走モデル

高安全率で重量増構想モデル
質量現行義足の質量
だいたい同じ最適化で重量減

スーパーエンプラでさらに軽量化

重量480g

破断9kN

SIP 革新的設計生産技術公開シンポジウム2019• ソケット内面形状：SFDSを使用• 締め付けにはBoaシステムを採用• 耐荷重：約8.5kNで十分使用可

2019年1月30日

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設計力の向上2019年1月30日

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2019年1月30日

研究開発成果（設計力）

採型

モデル修正

ソケット製作従来のプロセス

設計製造AMを用いたプロセス

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2019年1月30日

研究開発成果（設計力）••••

人体などの自然物にフィットする形状の作成を支援するCADツールを開発し技能者の作業時間を従前の1/3~1/4に削減
従来技術
ベテランと若手の作業実感の差を低減
SFDS
1週間の試装を行い問題のないことを低減率確認
ソケット以外の取り付け部分との位置合わせも支援技能者の作業時間
ベテラン

中堅

若手

4時間05分

5時間15分

7時間15分

1時間12分

1時間30分

1時間36分

71%

71%

78%

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2019年1月30日

実施内容のアピールポイント
スーパーエンジニアリングプラスチック用

３Ｄプリンター

テーマ実施

メーカーA

メーカーB

性能（材料）

ハイエンド
PEEK、PEKK

ローエンド
PPS

ハイエンド
PEEK, PEKK

価格70M¥

80M¥

150M¥

材料費
（実施テーマを１とする）

１

２

PEEK: 5～10
PEKK: データ無し

微細性良普通普通ＰＲポイント
現状で，スーパーエンプラ（ＰＥＥＫ）の造形は，造形物の大小や多寡にかかわらず，１バッチあたり数百万円の材料が必要でありのに対し，本テーマでは，重量あたりの材料単価とほぼ同等の材料費で造形が可能．医療用インプラントなどの既存の産業セクターはもちろんのこと，航空宇宙や医療機器などのハイテク分野に乗り出して行こうとする地域企業を協力にサポート．

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2019年1月30日

社会実装に向けて
プロジェクト内メンバー

アスペクト社（産業用３Dプリンター）

エリジオン社（産業用CADソフトウエア）

それ以外

企業向け：材料開発、製品開発

中小企業向け：サービス提供

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2019年1月30日

まとめ製造力AMならではの新たな製品

製品力
スーパーエンプラがより身近に設計力
あらゆる装着具のカスタマイズに応用