３Ｄプリンタ メ カ ズ ものづくり革命
３Ｄプリンタ・メーカーズ・ものづくり革命
～第３の産業革命～
第３の産業革命
はじめに ：どのようなものか？
種類
：どのようなプリンタがあるのか？
種類
どのようなプリンタがあるのか
手順
：使い方は？ 個人の場合
用途
：それで、何が作れるのか？
波及効果 ：第３の産業革命
おわりに ：
＠2014.02.名雲技術士事務所
３
Dプリンタとは どのようなものか？
X Y Z 個人用 ３D Printer 数万円～
¾熱溶解積層法（FDM： Fused Deposition Modeling ）
• ABSなどの熱可塑性樹脂を高温で溶かし、ノズルから噴射して積層する
業務用 ３D Printer ～億円
務
億
¾数種の方式
• 金属焼結法＝金属粉などをレーザーや電子ビームで焼結固着し、積層する 1３
Dプリンタの種類
方式
略称
モデル材
描画手段
固着方法
用途
金属粉
金型 金属部品
粉末焼結法
SLS
セラミック粉
レーザー光
Í
金型、金属部品
医療、産業
樹脂粉
光造形法
SLA
光硬化樹脂
レ ザ 光
Í
高精度
光造形法
SLA
光硬化樹脂
レーザー光
Í
高精度
インクジェット
積層造形法
石膏
接着材噴射
Í
模型
（フルカラー）
（バインダージェット）砂
砂型
インクジェット法
（マテリアルジ ット）光硬化樹脂
モデル材
紫外線
高精度
何 も
何 も
（マテリアルジェット）何でも
－－－
何でも
溶融積層法
（熱溶解積層法）
FDM 熱可塑性樹脂 モデル材
（冷却）
低価格
フィギュア等
SLS Selective Laser Sinterling SLA Stereo Lithography SLA Stereo Lithography FDM Fused Deposition Modeling
2
素材噴射型
熱溶解積層方式
モデル材 溶解樹脂（ABS、PC）インクジェット（マテリアルジェット）
造形材料 A：光硬化樹脂、 サポート材 （サポート用樹脂充填） 描画手段 素材噴射 X Y走査 プリンタヘッド B：食糧とか何でもあり サポート A：光未硬化樹脂 B：？？ X-Y走査 Z走査 プリンタヘッド ベッド 固着 冷却 描画手段 噴射 X-Y走査 プリンタヘッド 固着 A：光硬化 低価格機の主流
メリット
固着 A：光硬化、 B：冷却 メリット
樹脂利用で高強度 デメリット
精度がやや粗い 光硬化樹脂の場合
メリット
高精度 高速 精度がやや粗い カラー化では複雑、高コスト 用途
何 も ギ クセサリ 高精度、高速 水溶性サポート デメリット
熱や薬品に弱い 何でも、フィギャ、アクセサリー 熱や薬品に弱い接着剤噴射型
インクジェット（バインダージェット）
モデル材 石膏粉、樹脂粉、 セラミック粉、澱粉 サポート材 未硬化粉 描画手段 バインダー噴射 描画手段 バインダ 噴射 着色剤噴射 X-Y走査 プリンタヘッド 固着 バインダー メリット
フルカラーが可能 固着 バインダー プリント速度が速い きめの細かい造形物が作れる デメリット
デメリット
造形物の強度が弱い 用途
建築デザイン模型 建築デザイン模型Japanese Makers HP： http://www.japanese-makers.com/archives/4105
レーザー照射型
粉末焼結積層方式
モデル材 ナイロン光造形方式
素材 エポキシ系 金属系 セラミック サポート材 未焼結粉末 紫外線硬化樹脂 固着 レーザー照射 X-Y走査 レーザー 固着 レーザー焼結 X-Y走査 レーザー 発明者：児玉氏@1980
X Y走査 レ ザ サポート 別途必要 メリット
高耐久性 発明者：児玉氏@1980
日本の製造業では最も普及している
メリット
高耐久性 特別なサポートが不要 デメリット
表面が粗いÎ松浦産業様に秘策 精度が良く複雑で形状でも容易に成形できる デメリット
装置が高額 表面が粗いÎ松浦産業様に秘策 用途
プロトタイピング 装置が高額 素材のエポキシで高価 光に対する耐久性が低い J M k HP 5 金型 少量生産 Japanese Makers HP： HTTP://WWW.JAPANESE-MAKERS.COM/ARCHIVES/4105#PRETTYPHOTOサポート
出典プリンタond IT&ビジネス デジライ フナビ 話題の「3Ｄプリンタ」の原理が～ http://diamond.jp/articles/-/38119 必要性
¾オーバーハングや吊下がり対策¾ 仮の土台
紹介ビデオKey＝ Amazing 3D Printer
http://www.youtube.com/watch?v=8ag
¾ 仮の土台
• 手作業で除去 • 水溶性樹脂で支える方法もある未硬化粉末
hzpO_UZE¾ 未硬化粉末
方式
略称
モデル材
固着方法
サポート
金属粉 （日経テクノロジーOn Line、3Dプリンタの「サポート」） サポート＝材料充填
粉末
粉末焼結法
SLS
金属粉 レーザー光未硬化粉末
セラミック粉 樹脂粉 粉末
インクジェット（マテリアル）
水溶性樹脂を
光造形法
SLA
光硬化樹脂 レーザー光仮の土台
インクジェット積層造形法
（バインダ ジ ト） 石膏 接着材噴射未硬化粉末
砂 （バインダージェット） 砂 接着 噴未硬化粉末
インクジェット法
（マテリアルジェット） 光硬化樹脂 紫外線仮の土台
（水溶性樹脂もある） 何でもあり 6 何でもあり溶融積層法
（熱溶解積層法）FDM
熱可塑性樹脂 冷却仮の土台
３
Dプリンタの歴史
登場、発展期
7３
Dプリンタの歴史
個人用登場
最新情報
RepRap バース大＠英国 ボイヤー講師 Fab@Home コーネル大＠米国 リブソン准教授 Open Source 技術公開する 皆がまねて改良して作る 皆がまねて改良して作る それも公開する Î進化 8種類ー特徴と用途
方式 モデル材 精度(um) 用途 価格（万円 台） 元祖 粉末焼結法 金属ナイロン セラミック 100 産業、医療 金型、機械部品 4,000 ～10,000 光造形法 光硬化樹脂 50～150 デザイン、試作 1,000～ 3D Systems高
価
格
インクジェット 積層造形法 （バインダー） 石膏、樹脂、 セラミック、 澱粉 100～300 砂型 デザイン模型 Z-Corp.格
インクジェット法 （マテリアル） 光硬化樹脂 何でもOK 15~30 多様なモデル材 100～ (Fab@Home) 熱溶解積層法 溶解樹脂 130～330 デザイン、試作 6～ Stratasys低
価
格
（溶融積層法） 溶解樹脂 130～330 ホビー 6～格
(Rep.Rap) 9 3D Systems Cube ¥86KXYZ Printing inc. Da vinci¥65K
作業手順 ：３
D CADデータÎ 3Dプリント（個人ベース）
≪3Dデータ取得≫
≪3Dプリント出力≫
3D スキャナがオモシロイ
技術、商品競争が始まった ステレオ方式、構造化光投影法 ComputationalｌImaging等々 STL (Stereo Lithography) Computational Imaging等々 STL (Stereo Lithography)FabLab
10 実験的な市民工房のネットワーク 日本でも各地 Net上で世界の物づくり仲間が集う何が作れるのか？ 実用化：産業用途の一例
はじめは
Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏtｙｐｉｎｇ
から始まった
¾ デザイン モックアップ ¾ 試作検討 今では、量産準備へ
¾ 治具 ¾ 治具 ¾ 金型、砂型 これからは、最終製品まで
¾ 少量多新種生産 ¾ 少量多新種生産 ¾ 複雑な部品製造 ¾ 保守部品 例：GEのジェットエンジン燃料ノズル
¾ 20の部品Î１つのユニット ¾ 耐久性は５年延長 ¾ 計画：2016年までに3Dプリントによる生産ラインを稼働 ¾ 当初はボーイング747とエアバスA320neo ¾ 全量生産のために設備投資に５千万ドルを計画 11実用化：医療の例
実用化：医療の例
オーダーメード医療
人工関節部品（カ プ部）
人工関節部品（カップ部）
¾チタン合金製 ¾CT Scan ¾電子ビームによる3DPrint ¾表面に凹凸 • 骨が成長して入り込む 出所： http://idarts.co.jp/3dp/medical-3dprint/ 日経メディカル htt // di l ikk ib j /l f/ ll/ t/t2 人工骨
¾リン酸カルシウム＋硬化剤 http://medical.nikkeibp.co.jp/leaf/all/report/t2 10/201310/533180.html ¾東大医学部 顎骨模型
¾インプラント手術時のシミュレーション オーダーメード補聴器
しのぶ歯科ブログ： htt // i l t l j / t/ t 12 ¾シーメンス http://pixelstyle.xsrv.jp/mt/mt-search.cgi?IncludeBlogs=3&search=%EF %BC%93D%E3%83%97%E3%83%AA% E3%83%B3%E3%82%BF%E3%83%BC http://thebridge.jp/2014/ 06/siemens-rapidshape巨大サイズ：実用化開始
電気自動車のボディ
６mの金属部品製作が可能
¾ 北京航空航天大学で開発 ダイハツ コペン
¾Dress-Formation ¾ 戦闘機やステルス機のフレーム製造 プリンタ仕様
¾外装着せ替え可能 ¾外装無しで強度確保 ¾ユーザーが３Dプリンタで作成 プリンタ仕様
¾ プリンタサイズ：28m×23m×9.5m ¾ 製造サイズ：直径2100㎜～6000㎜ ¾ 厚さ：800㎜以下 ¾データ提供 ¾ 厚さ：800㎜以下 ¾ 長さ：10000㎜以下 ¾ 最大重量：300トン ¾ 対応素材： ¾ 対応素材： • 炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼など 使用はナンファン（株）
使用はナンファン（株）
¾ 産業用の部品製造 • 核・電力施設、石油化学、冶金、造船 日経テクノロジーOnLine htt //t h ikk ib j / ti l / 13 http://techon.nikkeibp.co.jp/article/ MAG/20140714/365146/?rt=nocnt衣＝ドレス製作：トライアル
食＝菓子：商品化
製作意図
¾自然の美
チョコ（砂糖菓子）プリンタ
¾ ３D Systems 発表@2014.01
＝対数螺旋曲線をモチーフ
¾体にぴったり
• モデルはディタ・フォン・ティースy
表
• 同社 Sugar Labを買収 @2013.09¾ ChefJet（単色、US$５K）
• モデルはディタ・フォン・ティース • 「クィーンオブバーレスク」 シェイプウエイズ社のプリンタ
¾ナイロン素材（中空で軽い）（単
、
$
）
¾ ChefJet Pro
（フルカラー、UD$１０K）
¾ナイロン素材（中空で軽い） ¾１７個のパーツ ¾3000個のジョイント ¾ 万 千個の 一万円のチョコプリンタ
¾ Solid Idea社 ＠豪 発表
¾１万３千個の スワロフスキークリスタル@2014.01
¾ ChocaByte（US$９９）
出所： http://www.shapeways.com/blog/archives 出所： http://www.gizmag.co m/chocabyte- promises-3d-14 p p y g /1952-revealing-dita-von-teese-in-a-fully-articulated-3d-printed-gown.html promises-3d- chocolate-printing-for-us99/31430/pictures# 2食＝ピザ等：商品化
宇宙食：開発
Natural Machines社 @スペイン
¾ ピザ、パスタ、デザート
発売
定
Systems and Materials Research
Corporation
（テキサス）
¾ 発売予定@2015（US$ 1300)
（テキサス）
¾ NASAが助成金＝US$１２５K／６か月 ¾ 火星などに長期滞在する宇宙飛行士 向けに開発 向けに開発 手順
¾ 蛋白質 脂肪など栄養素や香料の粉 手順
¾ 蛋白質、脂肪など栄養素や香料の粉 ¾ 油と水を混ぜて ¾ ホットプレート上に積層Foodini
出所：http://www.naturalmachines.com/¾ 食品を液化してカプセルへ
¾ プリント
¾ 加熱は事後
¾ 加熱は事後
資金調達
¾ Kickstarter
¾ Kickstarter
¾ US$999ｘ100台Î達成
15 出所：YouTube https://www.youtube.com/watch?v=uphIwHFz0no住 ：住宅建設技術 開発
Contour Crafting という技術
¾B. Khoshnevis教授 @南カリフォルニア大
プ
¾スリップフォーム工法に類似
¾梁や天井板は、部材を上乗せする
¾配管も可能
出所：http://www.contourcrafting.org/配管も可能
月面基地
¾ Contour Crafting
¾ ＮＡＳＡ small Fund @2013
¾ Contour Craftingに
¾ 主な材料は月面の砂
¾ 主な材料は月面の砂
16 出所：http://www.contourcrafting.org/space-colonies/住 ：実際にオフィスを作った
上海の企業 @2014.08
¾１０棟を２４時間で建築
¾３０～５０万円／１軒
¾同エリアの立ち退き・移転プロジェクトのオフィスとして使われる
¾住居用としては安全性が未確認とかで 当面オフィス用途 ¾住居用としては安全性が未確認とかで、当面オフィス用途¾プリンタサイズ＝１５０ｘ１０ｘ６．６m
¾材料＝コンクリートをグラスファイバーで補強
17 出所：YouTube https://www.youtube.com/watch?v=JnbcUryvlik#t=34再生医療
Anthony Atata 自分の細胞で
（研究）
Anthony Atata：米国の再生医療の第一人者
• Wake Forest 大泌尿器科・科長（@ North Carolina）
• 二分脊椎症の少年に、自分の細胞の人工膀胱を作成移植した。今は大学生 • 実績は数百回
皮膚のけがを修復（実験）
¾スキャナで３Dデータを取得 Î複数種類の細胞を３Dプリンタで出力
• （？？材料の細胞の入手、培養はどうしたのか？？）（？？材料の細胞の入手、培養はどうしたのか？？）¾TED Conference
18 •大規模な世界的講演会、ロングビーチ（過去にはモントレー）で年一回開かれる¾ビデオ：アンソニー・アタラ 「臓器を印刷する試み」
•検索キー：アンソニー アタラ 臓器 印刷再生医療
Anthony Atata 自分の細胞で
（研究）
人工腎臓（研究中）
¾CT等で３Dデータ取得 Î分析 Î設計 Î３Dプリンタで出力 ¾自己の細胞には ¾血管など ¾複数種類が複数種類 ¾使用しているようだ 19¾TED Conference
ビデオ： アンソニー・アタラ 「臓器を印刷する試み」再生医療
NEDOはiPS細胞で（研究）
NEDO
¾iPS細胞等を用いた立体組織・臓器の開発に着手
¾＠2014.11
移植できる皮膚や骨、関節などを
２～３時間で作る技術を確立 @2015.01.03
¾東大医学部＋富士フィルム
• 幹細胞と人のコラーゲン • ５年後実用化を目指す • 肝臓や膵臓に応用の予定 皮膚細胞から動脈を作成 @2014.01
¾サイフューズと佐賀大
• 3Dプリンタの総合情報サイト「3Dクラフト」 • 3Dプリンタの総合情報サイト「3Dクラフト」 • 特許は九州大らしい 右上図：産経ニュース： http://www sankei com/economy/news/150103/ecn1501030016 20 右下図：http://3dimensions-printer.com/?m=2014&paged=49 http://www.sankei.com/economy/news/150103/ecn1501030016-n1.html電子回路基板：新商品
Cartesian Co.
（スタートアップ）¾EX1
目的 ブレッドボ ドよりましな回路基板 • 目的：ブレッドボードよりましな回路基板 • 方式：銀ナノ粒子を噴射 • 基板材料：布でも何でもOK W bl 機器開発に便利 W bl T h l C • Wearable機器開発に便利 Cartesian Co.
（スタートアップ）¾C
d F
di （Ki k t t ）で資金調達
商品前払購入
Wearable-Technology. Co. http://www.wearable-technology.co/?p=266¾Crowd Funding（Kickstarter）で資金調達＝商品前払購入
• 目標金額 ３万ドル • 調達額 １３．７万ドル 21 KickkStarter https://www.kickstarter.com/projects/cartesianco/th e-ex1-rapid-3d-printing-of-circuit-boards寄り道：
Openという言葉
第３次産業革命支える方法論、仕組み
¾ O
I
ti
（ H
Ch b
h ＠ハ バ ド大）
¾ Open Innovation （ Henry Chesbrough ＠ハーバード大）
• 異分野、他組織のアイデアを組み合わせることで革新的で新しい価値を創り出すこと • 例：GE：３Dプリンタを前提にしたジェットエンジン部品をNET上で懸賞付きアイデア募集
¾ 反対語＝Closed Innovation
• 外部のアイデアを無視したイノベーション NIH N t I t d H
• NIH＝Not Invented Here
¾ Open Source
＝技術公開、共有、かつ共創進化させる 自由に使える技術資産
• Open Innovationを支える仕組み • Open Innovationを支える仕組み • NET上に形成されたコミュニティ活動
• Open Source Software ＝リナックス（OS）、ファイヤフォックス（プラウザ）
• Open Source Hardware ＝草創期の個人用３Dプリンタ
RepRap バース大＠英国 ボイヤ 講師 Fab@Home コーネル大＠米国 リブソン准教授
• Open Source Hardware ＝草創期の個人用３Dプリンタ
22 ボイヤー講師 リブソン准教授
寄り道： クラウドという言葉
第３次産業革命支える仕組み
¾ Cl d
C
i
¾ Cloud
Computing
¾ Crowd
Sourcing
¾ NETを利用する仕組み ¾ NETを利用する仕組み ¾ 不特定多数の人の寄与を募り、必要とするサービス、アイデア、コンテンツを取得するプロセス ¾ 起業関係では、製造やサプライチェーンなど、NET上で提供されるサービスを利用すること¾ Crowd Funding
¾ NETを利用する仕組み ¾ 不特定多数の人に資金の提供や協力などを募る仕組み ¾ 一例： 新アイデアの商品を製造するにあたり その商品を低価格で提供する約束で、前払代金を募る 所定の応募数を超えた段階で、契約成立 （応募数が市場調査の役割にもなる） （応募数が市場調査の役割にもなる）¾Kickstarter
：Crowd Fundingを行なう手段を提供するサイト第
3次産業革命
24個人がメーカーになる（１）
開発、設計
まずは開発、試作する
¾Digital Manufacturing
• 3Dプリンタなどを利用 • 3Dプリンタなどを利用 設計に磨きをかける
¾Open Source Hardware
• ネット上にアイデアや試作結果、設計データを公開 • 賛同者がNET上で参加、設計を進化させる • その開発結果も公開、共有
実例：ベンチャLocal Motorsのラリーファイター
¾NET上でボディデザイン募集 ¾NET上でボディデザイン募集 • P51 Mustangのデザインをベース、と提案 • フレームは自前、部品はメーカー品 • 製造は3000台限定 • デザイン仲間が、出来た車を買ったりして ¾同社は３Dプリンタで電気自動車も造った 25 左下図 http://www.boldride.com/ride/2014/local-motors-rally-fighter#gallery/4個人がメーカーになる（２）
資金調達、市場調査
Crowd Funding
¾資金調達
• 製造するにあたり、NET上で • その商品を低価格で提供する約束で、前払代金を募る • 所定の応募数を超えた段階で、契約成立¾市場調査
• 応募達成の可否が結果として市場調査の答えになる¾例えばKi kS
というサイトが手助けしてくれる
¾例えばKickStarterというサイトが手助けしてくれる
Natural Machines社
Foodini
Cartesian Co. EX1
全天空カメラ
Panono
26 カメラ３６個付個人がメーカーになる（３）
生産、サプライチェーン
Crowd Sourcing
¾小規模生産を受託するEMSが数多く出現 プ タなどを装備 た • ３Dプリンタなどを装備したDigital Manufacturing ¾小口用サプライチェーン構築を代行する業者が出て来た ¾NET上で委託先を紹介、ないし業務を代行するサービスメイカー
自社はブランド戦略や ECサイトなど消費者 と接する部分に専念 量産から消費者への配送までの 複雑なサプライェーン管理は PCHに丸ごと委託メイカー
と接する部分に専念 PCHに丸ごと委託 中国の製造・物流業者１０００社超 をデ タベ ス化 メイカーの要望に応じ 業者に発注 管理も一元化PCH Int’l
消費者
をデータベース化 業者に発注、管理も一元化 27 部品メーカー EMS 包装メーカー 配送業者起業の民主化
個人、金なし、リスクなしで起業を可能にする仕組み
Digital Manufacturing
Internet
４種の神器
¾3D Printer （積層＝足し算） ¾CNC装置 （切削＝引き算）
World Wide Web
¾世界規模に張り巡らされた蜘蛛の巣 ¾On-Lineの協力者 ¾CNC装置 （切削 引き算） ¾レーザーカッター ¾3D Scanner ¾On Lineの協力者
Open Community
¾Open Innovation（外部との共同開発） ファイル標準化
¾CADデータ ¾Open Innovation（外部との共同開発） ¾Open Source （技術公開Î共創） ¾Crowd Founding ¾Crowd Sourcing商品開発
資金調達
¾Crowd Sourcing ¾Crowd Manufacturing ¾Internet retailing～～（Amazon）少量生産
少量販売
Digital Manufacturing
金型と専用生産設備の不要化 Î少量多品種生産を容易化 28 Î少量多品種生産を容易化 Îモノのロングテール
メーカームーブメント
Long Tail
Mass Production
Digital Manufacturing
¾大資本、大規模生産設備、金型 ¾大量少品種生産 ¾全員のニーズ ¾小資本、金型不要 ¾少量多品種生産 ¾個人のニーズ、好み 員 ¾低価格 ¾コモディティ ¾高付加価値商品 • メイカーズプレミアム • 工業化された手作り品
