先進的プログラム構築方法論に支えられた高機能な3D印刷造形技術の開拓

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K19788
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 上田 和紀 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10257206)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2021-03-31
• Keywords: 3D印刷 / 先端ソフトウェア技術 / 部品化・組合せ技術 / 造形パラダイム / 高水準モデリング

Outline of Annual Research Achievements

初年度は，熱可塑性樹脂を用いた積層型3D印刷による高機能造形物実現のための基礎固めを目標に，以下の研究開発（一部準備作業を含む）を実施した。

(1) 3Dプリンタ，樹脂素材，スライサの特性理解: 開発する技術の再現性の担保のためには，ハードウェア，材料，ソフトウェアの三者それぞれについて利用経験を積み，特性ないし癖を把握してノウハウを蓄積することが重要である。そこで，現有の3Dプリンタ１機種３台に加えて２機種４台を新たに導入し組み立てるとともに，数種類のスライサソフトウェアと多様な材料で多くの印刷実験を行った。またこれを通じて，素材および造形物の強度，サポート材なしの印刷におけるブリッジ耐性やオーバーハング耐性などについての検討を進めた。これを通じて，目標として掲げていた「適切な部材組合せに必要な0.05mm前後の寸法精度の安定確保」の見通しを得た。
(2) 機能部品の設計技術: 3D印刷の部品化概念の開拓の第一歩として，梁のような細長い部品を強固に相互接続する方法の実験的検討を進めた。日本の伝統建築に見られる継手の中から，主に追掛け大栓継ぎと尻掛け継ぎの超小型版について試作を重ね，断面が3mm×6mm程度の部材でも十分強固に接続できる見通しを得た。また，3D積層印刷による弾性機能実現にとって有利な形状とは言えないコイルばねの印刷について，実用性確認のための基礎実験を重ねた。

研究代表者自身による上記の実験に加え，機械工学を専門とする研究協力者および大学院生との定期的な会合を設け，通常の積層にとどまらないさまざまな技法について検討および情報交換を行った。また3D印刷の展示会の参加等を通じて最新技術の調査を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

７月からの研究は実験設備の導入，組み立て，整備から始まったため，実質的な研究期間は限られていたが，その中で機械と材料についての知見とノウハウの蓄積を進めることを最優先に研究を進めた。現場的な観点からの経験は深まったが，これを工学につなげるのはこれからである。

当初想定していなかった知見として，既存の数種類のスライサソフトウェアの機能とその限界を知ることができた。つまり，通常のスライサは多様なパラメタ設定が可能であるが，3Dプリンタの制御を自由にプログラムすることはできない。このことから，高度な3D印刷のためのソフトウェア開発は，印刷物表現の標準形式であるSTLではなく，3Dプリンタの制御言語であるGコードをインタフェースとして進める必要があるとの知見を得た。

Strategy for Future Research Activity

当初の研究計画のとおり，機能部品の設計技術よび部品の組合せ技術を中心とした研究開発を進めるが，以下の点に留意する。

1. 第一年度に得られた上記の知見に基づき，ソフトウェアについては，低レイヤすなわちGコードレベルの技術の調査および開拓を優先させる。
2. 2次元印刷をZ軸方向にヘッドを単調移動させながら繰り返すという従来手法とらわれずに，真の3次元印刷技術の可能性の探求に着手する。
3. ソフトウェア技術の開拓を行いつつ，得られた知見のデータベースの作成にも取り組む。

Causes of Carryover

コンピュータおよび旅費が当初の計画を下回った。次年度使用額については，主に当初計画時点で未発表もしくは検討対象外であった新たなデルタ型プリンタの導入にあてる。