No.19 3Dデジタル機器

デジタルものづくり編

利用企業の業種は多岐にわたります。具体的には、自動車関連、日用雑貨、電気製品など様々な分野の企業の方々に利用されています。

名古屋市工業研究所には生産技術分野で活用できるCAEソフトを多く導入していますが（詳細後述）、その他、例えば、3Dプリンタでは、3DCADデータができた時点で、 試作や試験などに使われるとともに、最近では実際に製品（物）として使用するための生産機としての活用方法に関連する相談や試験が増えており、 企業の皆様における3Dプリンタに対する意識が変化してきていると感じます。X線CT装置は、導入当初は3D形状データ化やCADとの比較などの依頼も多かったですが、 非接触三次元デジタイザ導入後は表面形状の測定目的でのX線CT利用は減少し、透過撮影での故障箇所、不良の原因の調査に加えて、 繊維強化樹脂材料（FRP）の成形品評価等の依頼が多くなっています。名古屋市は自動車産業が集積している地域です。昨今では、環境への配慮や自動車のハイブリッド化に伴い、 自動車の軽量化が積極的に進められています。この様な背景から企業の方々がFRPの使用範囲拡大を念頭に置いた成形コスト・サイクルタイムの削減に繋がる成形技術を求めていると考えられます。

3Dプリンタ（FORTUS 400mc-L）

名古屋市工業研究所では、早くからCAE(シミュレーション)、3Dプリンタの活用に取り組んでいます。CAEに関しては、プレス・鍛造等の金属成形シミュレーション、 電子機器向けの熱解析というように需要や用途に合わせて１０種類以上のソフトを保有しています。CAEは実際の製品を作る前に性能を予測できることから、 （１）試作回数の減少、（２）設計期間・開発コストの軽減、に役立ち、企業に広く浸透しつつあります。

トポロジー解析

ただし、高い次元でCAEを活用するためには、操作だけでなく、計算結果の妥当性を判断できる知見や数値計算に必要な信頼性の高い物性値を取得する測定技術等、幅広い知識が必要となるため、 各分野担当研究員が様々な問合せを企業の方々から受けています。3Dプリンタは生産機器として使われ始めた背景もあり、成形機能だけでなく歩留まり等の品質保証も求められつつあります。 それに伴い、3Dプリンタにおける成形の物理現象のメカニズム解明のため、ミクロスケールでのCAE解析のニーズも増えています。ミクロ現象を捉えて、 マクロの製品形状にミクロの現象を反映させるマルチスケール解析はビッグデータを扱いやすくなった昨今ではより品質の高い製品を作り出す技術として必要性を感じています。

また、CAEや3Dプリンタと、X線CT装置などの測定装置を組み合わせる事で、例えば、本来CADでは、製品内のボイド等の再現は困難ですが、不具合のある製品をX線CT装置でスキャンし、 リバースエンジニアリングにより実物をCAD化し、不具合の原因究明に利用する事も可能です。また、設計者が製品仕様を満たすかを通常の順解析によるCAE利用で確認するのではなく、 トポロジー解析を始めとした逆解析を用いることで、どのような形状や物性値にすれば製品仕様を満たすかをソフトに計算させるなどCAE技術の使用範囲が拡大しています。

一方で、リバースエンジニアリングは工業的な分野での利用以外にも「現物の復元」という用途からCADデータが存在しない、芸術性の高い陶磁器、貴重な化石の復元、医療分野等でも大きな需要があります。