海上技術安全研究所は、国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所を構成する一研究機関です。海上交通の安全および効率の向上のための技術や、海洋資源および海洋空間の有効利用のための技術、海洋環境保全のための技術に関する研究を包括的に実施しています。

私が所属するのは、海洋先端技術系の再生エネルギー研究グループという部署です。洋上での再生可能エネルギー利用は、新エネルギー利用の機運と海洋空間の有効活用から幅広く研究が実施されている分野で、その中でも浮体式風力発電は日本での高い発電ポテンシャルが期待されており、現在実証事業も盛んに行われています。私は、所内で模型実験や数値解析を通じて浮体式の風力発電施設に関する研究に参加しています。

なお、風力発電の洋上への展開は、１．有効設置面積の多さ、２．風の条件が良い（障害物が少なく乱れが少ない）などの理由で広まっています。欧州では支持構造物を固定した「着床式」の風車が一般的ですが、これは水深の増加とともにコストも増加します。日本近海は比較的大水深であり、着床式を適用するよりも支持構造物を浮体で構成する浮体式を導入する方が最終的なコスト減につながると目されています。

私は模型製作が趣味なので、3Dプリンターについては模型方面で活用され始めたころから認知していました。最初期は敷居の高さからあまり関心がなかったのですが、ブログや雑誌記事などでかなり精度が向上したことを知り、これは業務にも活用できるのではないかと注目しました。

3Dプリンターの利用用途ですが、主に模型試験におけるジグ製作に利用しました。私が担当する模型試験では、水槽に浮かべた浮体式風車の模型に波や風を当てて、その挙動を調査します。その際、センサーを模型などに設置するのですが、試験ごとに異なる模型を使用することもあるため、同じジグを使い回すことが困難です。そこで、自由度の高い3Dプリンターを活用しています。以下に具体的な事例を示します。

1.ピトー管の固定ジグ製作
風速のベクトルを計測するピトー管を固定するためのジグを作成しました。ピトー管は風速のX、Y、Z、3成分を計測するため、取り付け角度の精度が計測精度に直結します。加えて、使用したピトー管は6角形の軸であるために固定方法に工夫が必要でした。これを改善するため、軸の形状を合わせた固定ジグを作成しました。これにより、ピトー管を容易に所定位置に固着可能となりました。

（風速の3次元ベクトルを測るので、取り付け向きが重要だが、六角形なので対応しにくい）

（隙間が六角形になるような冶具を作成（白い部品と青い部品が治具））

2.画像計測用マーカの固定ジグ製作
2次元運動を計測するための画像計測システムを利用する際に3Dプリンターを使用しました。浮体式風車模型と読み取り用のマーカが取り付けられたLアングルを接続するジグを作成しました。模型に直接取付ける部材であるため軽量化が要請され、3Dプリンターによりジグを軽く作成できるメリットは大きいです。また、試験毎に異なる模型を扱うことが多いため、それぞれに適切な形状のジグを作成可能な点は有効です。

（風車模型の円柱とLアングルをつなぐ冶具）

3.模型の振動抑制ジグ製作
模型の仕様上不可避な振動が、試験結果に与える影響を確認するためのジグを作成しました。当時使用した模型は、制御可能な可動機構を有していたのですが、機構の関係上バックラッシュが発生していました。模型全体を強制的に動かす試験では、このバックラッシュによる意図しない微小振動が試験結果に影響を与える可能性があると思い、確認試験を提案しました。可動部を固定するジグを、試験を提案した当日中に設計、出力し、翌日の確認試験に用いました。その結果、この振動が試験結果に与える影響は、ほぼないことが確認できました。これは、3Dプリンターを導入しなければ即座には解決できなかった事例です。

（風車模型の振動を抑制する冶具）

選んだ理由は、まずは国内製だということです。初めて導入するものでしたから、サポートなどを考えると外国製だと難があると考えました。ネットなどで色々情報を集め、私どものニーズに対して問題のない製品と判断しました。

ソフトウェアに関して、CADはライノセラスを使っています。スライサーはCURAを使っています。

使っている素材ですが、PLAがメインです。使用事例も多く、十分な剛性を有しており、出力時のクセも少ないので気に入っています。ABSなどの他の素材も試しましたが、PLAほどうまくいきませんでした。

3Dプリンターに改善を希望する点ですが、ハード的には特に不満はないのですが、素材ごとに3Dプリンターの設定や使い方が変わるのが難点だと感じています。素材ごとの設定方法などをシートかなにかにまとめて、情報提供してもらえると助かります。また、冬にプリントする時は室内の温度も影響します。そういうことも含めて3Dプリンティングのティップスなどをまとめてもらえるといいと思います。

3Dプリンターの造形スピードについてですが、購入前からそういうものだという認識でしたので、特に不満はありません。ただし、速くなるというのであれば、より望ましいと考えます。

また、3Dプリンターの出力品を浮体模型として直接使用したこともありますが、模型が小型であったことと、出力品へ水が浸透したことにより、模型全体の自重と浮力のバランスが崩れ、試験がうまく実行できなかったという結果になりました。水中で使うには問題があります。PET系の素材なども試しましたが、水を吸ってしまってうまくいきませんでした。

3Dプリンターの性能が向上し、家庭や職場に一般的に普及すると、流通の概念が変わる可能性があると思います。例えば、スマホケースが欲しい場合、今でしたら店に買いにゆくか、ネットで注文して配達してもらうしかありません。しかし、3Dプリンターが普及すれば、スマホケースの3Dモデルをダウンロードして、自分で出力することが可能になります。もちろん今でもそのようにする人はいると思いますが、将来的にはそうするのが普通の世の中になると思っています。そうなると、世の中の流通は今とは全く異なるものになるでしょうし、もしかしたら船舶など、私達のフィールドにも直接影響があるかもしれません。ただし、そのようなことが実現するまでには、あと30年くらいはかかるかもしれませんが。

これから3Dプリンターの導入を検討される方へのアドバイスですが、とりあえず興味があれば始められるといいと思います。何か大変なことをしなければいけないということもありませんので、作りたいものがあれば、とりあえず導入されるといいでしょう。

株式会社川崎精工所は1922年創業の金属プレス・金属加工会社です。創業から昭和30年代位までは主にブリキのおもちゃを作ってヨーロッパへ輸出していました。
昭和40年代位から自動車部品の製造を始め、今に至るまでに当社の主力事業になっています。
現在は事業の80%がマフラーなどの自動車部品の製造で、20%が住宅用部品、鉄道車両用部品の製造となっています。住宅用部品では、木造住宅の建設金具などを主につくっています。いずれにせよ、メインの仕事は金属プレスです。

当社が3Dプリンターに出会ったきっかけですが、鉄道車両用部品の製造を検討していたある時、モノ造り以外の部分でなんとか客先のコストダウン要求に対応できる方法がないかと模索したのが発端です。
ご存知かも知れませんが、鉄道車両用部品は典型的な「少量多品種」の部品であり、自動車部品のように大量に作られるものではありません。
少量多品種の部品の品質を確保し、検査工程を簡素化するために3Dプリンターで検査冶具を作れないかと考えたのです。

検査冶具とは、文字通り出来上がった製品の外形や形状を検査するために使う冶具です。鉄道車両用部品は点数も多く、部品ごとに検査冶具が必要です。
その検査冶具をマシニングなどで製造していたら莫大なコストと時間がかかります。3Dプリンターであれば材料のコストも安いので、購入して試してみようという話になりました。

その話がされたのは5年ほど前でしたが、当時はすでに3Dプリンターというものの存在がある程度一般に知られていました。当社も、3Dプリンターがどのようなもので、どのような働きをするかについてはそれなりの知識を持っていました。

私が3Dプリンターを導入した理由ですが、最大の理由は「色々な事に使えそうだな」といった漠然としたものです。
特に事前に特定の使用法を想定していたわけではありません。とりあえず使ってみて、何ができるのか確かめながら考えるといった、ある意味場当たり的な考えでした。
プラスチック製の小型の部品の修理などにも使えそうだとは考えていましたが、純粋な好奇心というのが正直なところです。

3Dプリンターを導入して、まずはデータをとることから始めました。色々なデータを集め、どういうモノがどういう条件のもとで作れるのか、試行錯誤しました。

当社がニンジャボットを選んだ理由ですが、ネットで検索して情報を集めるうちにニンジャボットのホームページに辿り着きました。
そして、ニンジャボットの3Dプリンターのスペックが、我々のニーズに合致すると考えたからです。特に、造形サイズが我々の想定していたものに近かったです。また、価格も妥当であると考えました。

ニンジャボットの3Dプリンターを導入して、すぐに冶具づくりを開始しました。何しろ部品の種類が多いので、休みなしにほとんど毎日稼働させました。
検査冶具を早く準備するほど検査工程が楽になります。それゆえ、品質管理のグループから「早く冶具をくれ」とせつかれる毎日でした。
当時は全部で150種類の鉄道車両用部品を作っていましたので、検査冶具も150種類必要になります。それゆえ、できる限り稼働させて少しでも早く作ろうとしました。

実際に冶具を作ってみて、3Dプリンターの弱点もわかりました。3Dプリンターは、縦の方向の造形はいいのですが、穴とかを作るのが苦手です。
特に竪壁に付ける穴とかの造形が苦手です。つぶれたり、きれいに造形できないケースが多い。そのような時は、ドリルで修正したりして対応しました。

なお、3Dプリンターを導入する前は、検査冶具は金属加工で作っていました。手間がかかる上に、コストも馬鹿になりませんでした。

手前の2つは板金加工で作られた製品。これを検査冶具にあてがい図面通り作れているかを検査する。左奥はニンジャボットで作詩した検査冶具。右奥は従来の切削加工等による金属製の検査冶具。

3Dプリンター導入で得られたメリット

ソフトウェアについて

3Dプリンターに改善を希望する点

これから3Dプリンターの導入を検討される方へのアドバイス

これから3Dプリンターの導入を検討される方へのアドバイスですが、3Dプリンターを購入する前に、3Dプリンターで出来る事と出来ない事をしっかりと把握する事が重要です。
出力サンプルを確認するなどして、自分の要求レベルを満たしているかを確認してください。

また、3Dプリンターを趣味で使うのか、または仕事で使うかによってもアドバイスは変わります。
趣味で使うのであれば、最初は数万円程度の安いものから始めるといいかもしれません。3Dプリンターとはどういうもので、どういう事が出来るのかといった基本を学ぶことから始めるといったイメージです。

一方、3Dプリンターを仕事で使うのであれば話は別です。
仕事で使う際は、まずは自分の要求レベルを確認し、それを満たす3Dプリンターを選ぶ必要があります。満たさない3Dプリンターを買ってしまうと取返しがつかなくなります。

私は藤沢市内で眼科クリニックを開業している医師です。診療所ビルの一角で眼科診療を行っています。
クリニック以外では赤十字の仕事や医療法人の理事もしています。

日々の診療以外に開業後も学会での発表や論文を書いています。眼科学と工学の接点になる部分の研究が主です。例を挙げれば、フーリエ変換を利用した画像解析や、数値流体力学を応用した研究があります。

私が3Dプリンターに出会ったきっかけですが、4-5年前に辻堂のショッピングモールで偶然見かけたことです。ショッピングモールの中のある店舗が、3Dプリンターのデモンストレーションを行っていたのです。
3Dプリンターが展示され、使える人がいたら使って下さいという感じでした。
その時はまだ3D CADも使ったことがなく、とりあえず個人的に3Dプリンターについてはそれで終わりでした。3Dプリンターの原理についてはわかりましたが、それを使って何かをしようという風にはなりませんでした。
ただ、3Dプリンターに対する興味はその後も持ち続けていました。

その後、インターネットで3Dプリンターについての情報を集める中、たまたまニンジャボットのホームページを見つけました。
ホームページを見るとショールームもあると書いてある。製品が見られるというので、実際に見に行きました。
製品のデモを見せてもらい、サンプルを出力してもらいました。強度などを確認して、色々なものに使えそうだと思いました。

私が3Dプリンターを導入した理由ですが、最大の理由は「色々な事に使えそうだな」といった漠然としたものです。
特に事前に特定の使用法を想定していたわけではありません。とりあえず使ってみて、何ができるのか確かめながら考えるといった、ある意味場当たり的な考えでした。
プラスチック製の小型の部品の修理などにも使えそうだとは考えていましたが、純粋な好奇心というのが正直なところです。

3Dプリンターを導入して、まずはデータをとることから始めました。色々なデータを集め、どういうモノがどういう条件のもとで作れるのか、試行錯誤しました。

ニンジャボットを選んだ理由ですが、まずはショールームで実際の製品が見られたことと、ショールームで3Dプリンターに関する情報が色々と公開されていたことです。
特に、3Dプリンターに関するネガティブな情報も公開されていました。「3Dプリンターで何でもできます」みたいなことは謳ってなく、3Dプリンターには限界があることがしっかりと説明されている。
設定などを調整する事で、できることとできないことも自分で確認できる。であれば、実際に3Dプリンターを買って自分でやってみようと思いました。

また、サポートがしっかりしていそうで、色々と相談に乗ってもらえそうだったこともニンジャボットを選んだ理由です。

試行錯誤の末、何とか3Dプリンターでモノが作れるようになったころ、最初に作ったのがバイクの部品です。
クリニックに勤めていたスタッフがバイクのレースをしていて、エンジンの点火時期調整装置が作れないかと私に相談してきたのです。
バイクの4サイクルエンジンは点火時期を調整することで性能が大きく変わります。そのための部品の土台を3Dプリンターで製造しました。
また、自分のバイク用の無線機やドライブレコーダーの設置用ケース、スマートフォンのホルダーなども3Dプリンターで製造しました。

3Dプリンターで作った点火時期調整装置用カバー

自分はバイクと電子工作が趣味です。何かを製作しても、今までであれば既製品の金属ケースを購入し、必要に応じて穴開け加工などをして使うしかありませんでした。
プラスチックケースの場合でも同様です。これは非常に手間のかかる作業で、見た目を美しく作るのは至難の技です。

しかし、3Dプリンターはその作業をなくしてくれました。何かを作ろうとするとき、その回路量がどの程度になるのか、スイッチやボリュームなどをいくつ付けるのか、表示は何を使うのか、それらの大きさや配置は等々。
それらを全て見積もってからケースを購入する必要があります。そして穴を開ける作業と平行して、回路をケース内に収まる大きさに作らなければなりません。
しかし、3Dプリンターを導入してからは先ず回路を作ってしまいます。出来上がってしまった物に合わせて箱や架台を用意すれば良いのです。回路の大きさや形状への制限が少なくなります。

特にバイク用の部品を作るときは取り付け場所に収まる大きさにさえ作っておけば、後はどうにでもなります。
電子工学の世界でいうところのカット・アンド・トライに躊躇いがないというのが最大の利点です。
作ってみて修正点が見つかれば3D CADに修正をかけて再度作成すれば良いのです。何度作り直しても構わない。これは最大のメリットです。

一方で問題点もあります。出来上がった物の強度が十分に得られないことと、経年変化に弱いことを理解しておく必要があります。
しかし、強度が弱く、破損しやすかったとしてもパソコンに残したデータで何時でも同じ物が作れます。
交換修理が簡単にできるので、破損や経年変化の問題は十分に軽減出来ています。

3Dプリンターが抱える課題ですが、何といっても導入のハードルが高すぎます。ひとまず動かしてみようということが出来ません。
しかも購入した後もあらゆる準備が必要です。3D CADに始まり、スライサーやプリントプログラムも必要です。
好みの物を自由に使えると言えば聞こえが良いですが、ダウンロードを含めて、自分で用意しなければならないものが多すぎます。最初の試作をするまでに、私も相当の試行錯誤を余儀なくされました。

昭和の時代のオーディオには視聴用レコードやカセットが付いていました。ユーザーが全くの素人で、しかも何の準備もなくても、製品だけ購入すればその場からその製品を楽しむことが出来ました。
3Dプリンターにも同じような発想が必要だと思います。

例えば、ユーザーはパソコンだけ用意して、フィラメントなどの必要なものがすべて同梱されたセットになっている。サンプルの3Dモデルをクリックするとただちにプリントが始まるといったくらい簡単にならないとダメでしょう。
今の3Dプリンターは、「使い方がわかる人だけ買って下さい。わからない人は買わないで下さい」の状態になっています。

また、造形精度や強度にも問題があります。3Dプリンターで作ったモノは、現状では「形をまねた試作品」の領域を出ません。
フィラメントを適切に選定すればある程度の強度は得られますが、実際の製品に応用するには経年変化の問題を克服する必要があります。
出来上がった物モノを屋外で使うと徐々に変形してきます。これは装置だけの問題では無く、フィラメントの成分との問題があるので解決は簡単ではないでしょう。

また、価格の問題も重要です。技術者の「おもちゃ」としては高すぎると思います。
確かに安価な製品も存在し、価格差が大きいことも事実です。問題なのはその価格差と製品の性能、使いやすさとの相関(理由)がユーザーに見えてこないことです。

買ってから使い方を覚えれば良い、何とかなるさ、というのは危険です。一般的な理系の専門教育を受けた人であれば何とかなると思いますが、相談できる知人などが周りにいなく、しかも理系の経験がない人は熟慮が必要です。

ネットを調べれば色々な情報が得られますが、その情報が自分の購入した製品にそのまま利用できるとは限りません。
また、仮に同じ製品であっても、形成された作品が思う様な出来映えになるとは限りません。

実物に稼働している3Dプリンターを見たことがない人は、少なくともショールームに足を 運んで稼働状態を見て、形成された物を手にとって確認する必要があるでしょう。
いったいどの程度の精度であるのか、強度はどの程度なのか、また質感なども確認する必要があります。また、その作品を形成するのに必要な時間も確認しなければなりません。

実際、私は購入を決める前にサンプルの強度を確認するため「折り曲げる力をかけて強度を確認して良いか」とニンジャボットのショールームの担当者に聞いたりしました。
購入を検討している3Dプリンターのメーカーにショールームがなく、デモ機の稼働状態も見ることが出来ない場合は注意が必要です。
ネット上の他人の評価なんて全くあてになりません。自分と他人とでは求めているものが異なるし、感性にも相当な違いがあります。