SIP 革新的設計生産技術公開シンポジウム2019
Jan. 30 2019

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
秦誠一（名古屋大学）

一般社団法人 日本機械学会
国立大学法人 名古屋大学
国立大学法人 福井大学
ファイン・バイオメディカル有限会社

一般社団法人 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

The Japan Society of Mechanical Engineers

Nagoya Univ., FAIN-Biomedical, Univ. of Fukui１．テーマの目的と目標

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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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最終（アウトカム）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）

ブレークスルー生物と同等以上の機能集積化

機械部品と電気部品を組立によらず一体化

軟骨

骨
http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/humanoids/dlr-super-robust-robot-hand

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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本研究開発の目的
ブレークスル―技術を用いて革新的医療機器の製造技術を実現
超リアル手術シミュレータ実体モデル
アブレーションモニタ用
温度履歴インジケータ＋絶対温度センサ

実物の物理特性を再現したモデル

迷走電流
再現用配線

臓器の形状だけでなく，物理特性・挙動も再現し，センシング機能も集積化・複合化した心臓モデルのパーツレベルでの実現
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Nagoya Univ., FAIN-Biomedical, Univ. of Fukui１．テーマの目的と目標

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本研究開発の目標
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 G①金属‐ポリマーリアルマルチ
材料積層造形

10 G

ヤング率(Pa)

マルチ材料

1G

マルチスケール

100 M
10 M

0.001

0.01

0.1

1101000

100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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Nagoya Univ., FAIN-Biomedical, Univ. of Fukui１．テーマの目的と目標

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研究開発の体制
イノベーションソサエティ
イノベーションフォーラム

日本機械学会イノベーションカンファレンス
デライトものづくりAIネットワー
クﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑ（PLANET AIDeA)

医療従事者
ニーズ

ファインバイオ
メディカル社名古屋大学

デジタル計測福井大学

アナログ計測■超リアル心臓モデル
軟組織：名大■IoT無線通信モジュール ■温度センサ内臓血管モジュール
硬組織，筐体：福井大

EVE2
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２．研究開発成果

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金属‐ポリマーリアルマルチ材料積層造形技術
大気中で，曲面など立体面に，基盤材料を選ばず金属とポリマーの立体構造を製作できる技術は世界初
ピッチ20 μm以下，造形領域2×2×0.3 mm以上
EVE2の絶対温度センサアレイ化，迷走電流再現配線
絶対温度センサ

フェムト秒レーザ還元直接描画法
金属（Cu）描画
高温加熱：CuO熱還元

特願2015-058170

ポリマー（＋CuO NPs）
低温加熱：ポリマー熱硬化

フェムト秒レーザ
CuO NPs
Cu
還元剤＋熱硬化性ポリマー

Cu
還元・凝集・拡散測温部

Cu配線

Cu2O測温部

CuO

ポリマー接着100 μm
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２．研究開発成果

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金属‐ポリマーリアルマルチ材料積層造形技術
曲面への温度センサ作製
表面形状を考慮した描画とセンサ部Cu2Oと配線部Cuの選択描画

0.1 mmGround

FDMモデル上への試作

PEN基板上に作製した温度センサの一例

10 mm
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0.05 mm

0.1 mm２．研究開発成果

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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
機械的特性や機能の異なる異種ポリマー材料の造形技術
造形範囲50 mm立方，造形精度50 μm，弾性率範囲100k～1G （105範囲，従来技術の10倍）Pa
EVE2の温度測定機能付パーツ，各種血管モデル

光硬化性樹脂の水系ポリウレタンを主成分として，心臓の機械・電気・熱特性を模擬したハイドロゲルで血管や心臓パーツモデルを試作

10 mm患者の腎動脈データ腎血管モデル（加熱前） 90℃加熱後

色情報→温度履歴
温度範囲：60-90℃，計測精度：±0.18 ℃
特願2015-099716

80℃の水中で加熱
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加熱範囲Nagoya Univ., FAIN-Biomedical, Univ. of Fukui

２．研究開発成果

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金型フリーハイブリッド板材成形技術
機械的特性や機能の異なる異種ポリマー材料の造形技術チタンから従来困難であったアクリル板までのマルチ材料，ｍからmmオーダのマルチスケールで，従来の2倍以上の成形可能板厚，従来の10倍の精度で成形可能
EVE2のX線不透過マーカ，心臓モデルベース，EVE2筐体

局所摩擦加熱重ねインクリメンタルフォーミング
アクリル板（成形+切削+バフ研磨で高い透明度を実現）
High speed rotation

LoadTool

Blank holder
Metal sheet
5 mmFriction heat

回転磨きツール ＋ バフ研磨後Die

PMMA sheet

5 mmmm55 mm
成形後の斜面

切削 ＋ バフ研磨後ポリカーボネイト板（心臓モデルの芯材を成形）Intermediate material

CADデータ

成形品外観

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温度インジケータ用
心臓3Dモデル(参考)２．研究開発成果

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手術シミュレータ実体モデルの製作
要素技術の応用として、手術シミュレータ実体モデル（EVE2）の精密心臓モデル（温度測定機能：60～90℃、温度精度 ±2℃、迷走電流再現機能等）を製作
絶対温度センサ

カテーテル手術用心臓血管モデル
温度インジケータ
加熱

加熱前測温部

心臓ベース板

不透過マーカー

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２．研究開発成果

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手術シミュレータ実体モデルの製作
要素技術の応用として、手術シミュレータ実体モデル（EVE2）の精密心臓モデル（温度測定機能：60～90℃、温度精度 ±2℃、迷走電流再現機能等）を製作

動画

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Nagoya Univ., FAIN-Biomedical, Univ. of Fukui３．イノベーションソサエティの実現
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・情報交換システム．
機械学会会員には無償，非会員には有料で一般公開．

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３．イノベーションソサエティの実現

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イノベーションカンファレンスシステム

ワンストップ講演会開催システム，各界の第一人者による招待講演，Web会議システムによるバーチャルセッション，ショットガンプレゼンテーションなど，実験的・挑戦的な新しいスタイルの講演会を実施．
iJSME2015@広島大iJSME2017@名古屋大iJSME2016@早稲田大

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Nagoya Univ., FAIN-Biomedical, Univ. of Fukui３．イノベーションソサエティの実現

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PLANET AIDeA
PLAtform of NETwork by Artificial Intelligence for Delight Art
技術課題と技術情報の相互領域を超えたマッチングを実現する独自の技術マッチングシステム．サイバー拠点の基本システムの稼動開始（公開１ヶ月で100件超のデータ入力）

http://planet-aidea.com

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Nagoya Univ., FAIN-Biomedical, Univ. of Fukui３．イノベーションソサエティの実現

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SIP革新的設計生産技術HP
本SIPのポータルサイトとして再整備．PLANET AIDeAとのリンクやツール，活用の場を紹介

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研究業績
１．投稿論文 1０件
R. Matsumoto, H. Tsuruoka, M. Otsu, H. Utsunomiya, Fabrication of Skin Layer on Aluminum Foam Surface by Friction Stir
Incremental Forming and its Mechanical Properties, Journal of Materials Processing Technology, 218, (2015) pp. 23 -31
Mizue Mizoshiri, Yasuaki Ito, Shun Arakane Junpei Sakurai, Seiichi Hata, Direct fabrication of Cu/Cu2O composite microtemperature sensor using femtosecond laser reduction patterning, Japanese Journal of Applied Physics, 55 (2016) 06GP05.
Mizue Mizoshiri, Shun Arakane, Junpei Sakurai, Seiichi Hata, Direct writing of Cu-based micro-temperature detectors using
femtosecond laser reduction of CuO nanoparticles, Applied Physics Express, 9 (2016) 036701
他７件

２．国際会議 ２６件
３．国内会議 ７５件
４．特許 ４件
特願2015-99716，臓器モデルとその製造方法および温度インジケータパッチ，名古屋大学，出願日2015.5.15
特願2015-230045，複合微細構造体の製造方法，名古屋大学，出願日2015.11.25
PCT/JP2016/000944 ， COMPOSITE TINE STRUCTURE AND METHOD FOR PRODUCING SAME ， NATIONALUNIVERSITY CORPORATION NAGOYA UNIVERSITY，出願日2016.2.23
特願2017-195961，臓器モデルとのその製造方法および管状弾性部材の製造方法, 名古屋大学，出願日2017.10.6

５．著書 １件
溝尻瑞枝，フェムト秒レーザ還元直接描画法を用いて導電パターンの印刷技術，プリンテッド・エレクトロニクスに向けた材料 プロセス技術の開発と最新事例，（株）技術情報協会, (2017) 321-328.

６．レビュー ５件
７．招待講演 １７件
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出口戦略（まとめに変えて）
１）開発装置
各大学の設備共用システム（NUSS, PLANET AIDeA,オープンR&Dファシリティ）を通じて一般共用化

２）超精密人体シミュレータEVE-2
ファイン・バイオメディカル社を通して販売．使用感のデータを設計，製造技術にフィードバック３）イノベーションソサエティ
・イノベーションフォーラム：日本機械学会がハブとなり運営．一般向けの社会展開．コンテンツ毎に有料/無料公開
・PLANET AIDeA：原則無料で一般公開
・イノベーションカンファレンスシステム：iJSMEを恒例講演会として運営し，その収益を上記システムの維持・運用に使用
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