研究開発テーマ名～イノベーションソサエティを活用した
中部発革新的機器製造技術の研究開発～
発表者：秦 誠一（名古屋大学）
研究テーマ責任者：秦 誠一（名古屋大学）
参画機関：日本機械学会，名古屋大学，福井大学，
ファイン・バイオメディカル

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発表内容

１．背景
２．目標
３．実施内容のアピールポイント
４．研究開発成果
５．社会実装に向けての提案
６．まとめ

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研究背景
【背景】
積層造形，付加加工，３D造形技術の大きな可能性と脅威
日本の得意とする加工，組立工程を短縮したものづくり出現の可能性
・複数の部品・組立必要
・形状の制限積層造形・部品数削減
・組立不要
・自由形状

machinedesign, The Difference between Machined and3D Printed Metal Injection Molds, Jun 23, 2014

・加工・組立工程の短縮には，マルチスケール，マルチ材料の造形技術が必要
・従来技術では，マルチスケール化，マルチ材料化は不十分
・「マルチ化」には分野，業種の多様なプレイヤーの参集が不可欠

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研究目的
【最終目標】
マルチスケール，マルチ材料の複合化のためのブレークスルー技術の実現
・究極はあらゆる製品の「３Dプリント」！
・従来のメカトロニクス製品を「リアルメカトロニクス製品」へ！
従来のロボット義肢

リアルメカトロニクスによるロボット義肢（センサ，アクチュエータの集積化困難）（人間に近い，または人間以上の機能化・集積化）

ブレークスルー

機械部品と電気部品を組立によらず一体化

生物と同等以上の機能集積化

軟骨

骨
http://spectrum.ieee.org/automaton/robo
tics/humanoids/dlr-super-robust-robothand

生物のシームレスな接続（組立）を，人工物でも実現

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研究目的
【本研究テーマの目的】
マルチスケール，マルチ材料の複合化のためのブレークスルー技術の研究開発により，その応用例としての革新的手術シミュレータ実体モデル（EVE２，特にそのカテーテ
ル手術シミュレータ心臓モデル）を実現し，３D造形技術のマルチスケール化，マルチ材料化を図る．

カテーテル手術シミュレータ心臓モデル

手術シミュレータ実体モデルEVE２
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目 標
従来の３D造形では困難な金属とポリマーからなる複合構造を実現し，高付加価値なヘルスケア機器であるカテーテル手術用心臓モデルを実現
既存の金属３Ｄ
プリンタ実現範囲

加工精度

造形可能範囲③金型フリー板材成形技術の研究開発

100 G

10 G

①金属‐ポリマーリアルマルチ
材料積層造形マル
チ
材
料

ヤング率(Pa)

1G

マルチスケール

100 M
10 M

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1000

寸法(ｍｍ)
1M
100 k

既存のポリマー３Ｄ
プリンタ実現範囲②異種ポリマー材料のマルチスケール・マルチ材料積層造形と機能化
造形可能範囲

加工精度

10 k
：金属材料

：ポリマー材料：金属-ポリマーマルチ材料

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革新的設計生産技術における位置づけ
3D造形技術製品機能性

傾斜材料・異方性材料
高付加価値品

実用品

機能性付加技術

超マイクロ造形
高精度造形・
超リアル手術シミュレータ
直接造形
実体モデルパーツの開発
スーパ
異種材料の分子接合
ソフト
チタン
エンプラ
超低密度
マター系
合金 超耐熱高強度合金
ゲル、セラミックスラバー
今後期待される技術領域
生体医療・航空機(SIPの技術開発領域)
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)

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

ナノ修飾材料

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
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実施内容のアピールポイント

性能

テーマ実施

代替Ａ

代替Ｂ

代替C

超リアル手術シミュレー
タ実体モデルEVE２

３Dプリント
実体モデル

動物の血管等

ガラスモデル

形状や触感の再現に 形状の再現性は良いが加え，温度センサや神 基本的に単一素材のた 触感の再現性は良い
経回路を模した配線構 め，各部の触感再現 が，自然物のため形状 形状，触感の再現性造を有し，カテーテル手 性に劣る．センサ機能 の再現性や均一性に劣 が低い．低価格
術技量の定量的評価 を有さないため技量の る．倫理的問題あり．
が可能．
定量的評価不能．

価格

高価格

中～高価格

中～低価格

低価格

汎用性ありありあり？

なし

アピールポイント超リアル手術シミュレータ実体モデルEVE２は，従来のカテーテル手術シミュレータ実体モデルと異なり，アブレーション手術時の加熱温度測定と加熱範囲の提示，迷走神経網を模擬した配線層の実装などによる手術効果の定量的評価が可能．単なる実体モデルではなく，手術シュミレータロボットとも言うべき，新しい製品カテゴリーを創出
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研究開発成果■研究開発内容■代表的な改良点（研究開発への反映）①金属－ポリマーリアルマルチ材料積層造形技術の開発

・ 非貴金属（低コスト）材料であるCuとポリマーの微細構造を大気中で積層可能

レーザ還元直接造形法により，Cuとポリマーの２D単層造形を積層化することにより，ピッチ20 μm以下，成形領域2×2×0.3 mm以上の金属-ポリマーリアルマルチ材料製造技術を確立する．

・ 描画条件の変更で，一連のプロセス中で導体，半導体，不導体の連続描画が可能（絶対温度センサへ適用）
・ 描画パターンをメッシュ構造にすることで，柔軟材料上での配線パターン破断を抑制（迷走電流再現配線パターンへ適用）■ＳＩＰ終了時に目指す成果
本技術により，手術シミュレーション用心
臓モデル等立体構造に絶対温度センサや迷走電流を再現した配線を作製

Sensing part開発した装置の小形化，廉価化，簡略化等を進め，プロトタイプ装置の製作及び市販化を目指す．
Electrodes

500 μm8/21研究開発成果■研究開発内容■代表的な改良点（研究開発への反映）②異種ポリマー材料のマルチスケールマル
チ材料積層造形技術の開発

・濃度に応じて弾性率を調整可能な光硬化性樹脂であるポリエチレングリコールジアクリレート（PEG-DA）を主成分として，ポリビニルアルコール（PVA）及び光開始材，可逆性の水溶性示温材料の混合物を用いることで，広い弾性率範囲で温度測定機能を有する立体パーツを実現．

広い範囲の弾性率をもつポリマーを積層造形技術の利用により成形することで，従来困難であった場所ごとに力学的特性の大きく異なる製品をオンデマンドに供給できる製造技術（造形範囲 50 mm立方，造形精度 50 μm，弾性率範囲100k～1G （105範囲）Pa）
を確立

加熱部

■ＳＩＰ終了時に目指す成果
本技術により，手術シミュレーション用心臓モデル等に温度場の３次元計測センサ（温度測定機能 60～90 ℃，精度：±2 ℃）を作製

10 mm

温度履歴ｲﾝｼﾞｹｰﾀ心臓内膜開発した装置の小形化，廉価化，簡略化等を進め，プロトタイプ装置の製作及び市販化を目指す．
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研究開発成果■研究開発内容■代表的な改良点（研究開発への反映）③金型フリーハイブリッド板材成形技術

・ 従来のインクリメンタルフォーミングに摩擦攪拌を加えることで，難加工材のチタンからアクリル樹脂まで，多様な材料を金型フリーで複雑造形することが可能

摩擦攪拌インクリメンタルフォーミングと切削加工の複合加工により，チタンからアクリルまでのマルチ材料，板厚２mmから0.2mmまでマルチスケールでの立体造形技術を確立する．

・ 装置の小形化，高精度化で箔材への適用も可能（X線不透過マーカへ適用）
・ 摩擦攪拌加熱に放射加熱を併用することで，アクリル板の発泡を抑えて造形（心臓ベース板へ適用）■ＳＩＰ終了時に目指す成果
本技術により，手術シミュレーション用心臓モデルのステンレス製X線不透過マーカー，アクリル製のモデル保持用の心臓ベース板を作製開発した装置の小形化，廉価化，簡略化等を進め，プロトタイプ装置の製作及び市販化を目指す．

DieTool
10 mm

X線不透過ﾏｰｶｰ

Sheet
metalBlankholder

ミニチュアインクリメンタルフォーミング

100 mm心臓ﾍﾞｰｽ板

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社会実装に向けて①金属－ポリマーリアルマルチ材料積層造形技術②異種ポリマー材料のマルチスケールマルチ材料積層造形技術③金型フリーハイブリッド板材成形技術
超リアル手術シミュレータ実体モデルであるEVE２の市販モデルの製品化
デライトものづくりAIネットワークプラットフォーム（PLANET AIDeA）を通して公開

イノベーションソサエティ
イノベーションフォーラム，イノベーションカンファレンス，PLANET AIDeA（登録・利用無料の新技術のAIマッチング，ナビゲートシステム
http://planet-aidea.com/）
機械学会や大学をハブとし広く公開．個人から大企業までの広い範囲での技術マッチングやオープンイノベーションを促進
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社会実装に向けて

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社会実装に向けて
マイページ
①新着情報
新着フォロワー、メッセージ、トピックが届いた際に通知②技術情報検索解決したい技術課題をキーワード，フレーズなどで自由検索③プロフィール登録④シーズ情報登録
所有する技術情報を登録⑤おススメのシーズ情報
登録した技術課題に沿った技術情報をAI（人工知能）が選りすぐり情報を送信

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まとめ
マルチスケール，マルチ材料の複合化のためのブレークスルー技術①金属－ポリマーリアルマルチ材料積層造形技術②異種ポリマー材料のマルチスケールマルチ材料積層造形技術③金型フリーハイブリッド板材成形技術
超リアル手術シミュレータ実体モデルであるEVE２の市販モデルの製品化へ
社会実装への取組みとしてのイノベーションソサエティ
・イノベーションフォーラム：機械学会をハブとしたWeb会議システム
・イノベーションカンファレンス：新しい形の講演会iJSME・PLANET AIDeA：新技術のAIマッチング，ナビゲートシステム

今後の予定
・EVE２の市販モデルの製品化へ向け，各技術の完成度をさらに向上・開発した要素技術の普及機の実現
・PLANET AIDeAの一般公開とイノベーション予測機能等の新機能追加
・iJSME2018の開催（2018年10月予定）
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予 告
第４回 日本機械学会イノベーション講演会

iJSME2018
ものづくりの革新を加速する交流型の新しい講演会のかたち

2018年10月上旬
東京・田町 キャンパスイノベーションセンター（予定）iJSME2017@名古屋大

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