中部技補修技者会（機械系分室）コミュの【再】組み込み系技術者様からの出題 【必須問題トレーニング(平成17年度必須問題より)】

１．ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）とは
　ＲＰとは、三次元ＣＡＤのデータを基に、部品の試
作品を作製する手法の総称である。
　具体的には、光造型・積層成型・粉体成型等の手法
が挙げられる。
２．ＲＰの技術的課題
　ＲＰの代表的手法である「光造型」の技術的課題と
して、以下の二点が挙げられる。
（１）光硬化性樹脂の吸湿性により、使用条件によっ
　ては、変形する場合がある。
（２）光硬化性樹脂の積層方向のデータの分解能によ
　り、試作品に段差ができる。
３．解決策
　上記（１）の解決策としては、吸湿性を持たない樹
脂材料を使用する「積層成型」の導入が考えられる。
　上記（２）の解決策としては、精巧な試作品が作成
可能な「粉体成型」の導入が、考えられる。但し、粉
体成型による試作品は、比較的高価なので、用途に応
じて導入するべきである。
４．将来展望
　最近では、数値解析技術の普及に伴い、上記のよう
な試作品すら作製しない手法も検討されつつあるが、
特に「流体がかかわる部品」については、解析結果と
現実が乖離する場合も散見されるため、上記の試作手
法は、今後も存続するものと思われる。
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１．抵抗型ひずみゲージとは
　抵抗型ひずみゲージとは、測定対象とする材料が、
応力によって変形した際の変位量を測定するものであ
る。但し、各材料に固有の応力−ひずみ線図から、応
力を算出することを目的として使用する事が多い。
２．抵抗型ひずみゲージの測定原理
　抵抗型ひずみゲージは、測定対象とする材料の表面
に、貼付して使用する。すると、材料が変形すること
によって、ゲージ自体も変形する。抵抗型ひずみゲー
ジの電気抵抗値は、ゲージの変形によって変化するの
で、材料の変位量を抵抗値に置き換えて測定すること
ができる。
３．抵抗型ひずみゲージの使用上の注意点
　抵抗型ひずみゲージの使用上の注意点として、以下
の二点を挙げる。
（１）貼付位置の材料の初期状態が、設計者の意図通
　　りの状態であることが重要であり、貼付する状態
　　において、材料に設計者の意図しない変形が、無
　　いことを確認しなければならない。
（２）抵抗型ひずみゲージは、測定対象となる材料の、
　　応力集中が予想される点に貼付して用いる場合が
　　多い。この際、応力の方向が想定困難である場合
　　には、測定点を原点として、少なくとも二軸方向
　　に貼付し、二軸方向の応力を算出し、合力として
　　測定点の応力を算出する必要がある。
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１．ＬＣＡ（ライフサイクルアセスメント）とは
　ＬＣＡとは、製品の原材料の生産から、製品がその
用途を終え、廃棄されるまでの環境負荷を、評価する
考え方である。
２．ＬＣＡを用いて製品を評価する例
　ＬＣＡ的見地から、製品を評価する一例として、自
動車を取り上げる。
　従来の自動車は、ブレーキをかけると、走行に使用
していたエネルギの一部を、ブレーキパッドとブレー
キディスクの間の摩擦熱として、周囲に廃棄していた。
これはエネルギの無駄なので、環境対策として、この
エネルギを電力として回収し、走行に利用する仕組み
をもつ「ＨＥＶ」が開発され、実用化された。しかし、
ＨＥＶには、電力を貯蔵するための専用蓄電池が必要
であり、この蓄電池の製造工程の環境負荷が意外に大
きいことから、ＬＣＡ的見地に立った場合、欧州を中
心に、ＨＥＶの有効性を疑問視する声も上がっている。
３．上記に関する所見と、将来展望
　所見としては、「ＨＥＶの導入を見送り、当面は、
ガソリン車よりも比較的燃焼効率の高い、ディーゼル
車の導入を積極的に進め、更なる次世代の自動車の導
入を待つ」という欧州の姿勢は、ＬＣＡ的見地に立っ
た場合、正当と考えられ、共感できるものがあるり、
　従って将来的には、製造業者はＬＣＡを見極めた製
品開発を行うことが、必要であると考える。
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以上です。

皆様へ
　貴重なお時間を頂いておきながら、大変な失敗をしてしまいました。重ね重ね、お詫び申し上げます。
　以後気を付けますので、宜しくご確認ください。

＊先ほどの「組み込み系技術者様からのご指摘」について
　失格答案にコメントをさせるような失礼を行ったことを、ご容赦ください。お詫びした上で、説明いたします。
　ご指摘のうち、ＲＰの手法を１．項に記載する点は、まさにその通りだと思いますので、修正させていただきました。但し、課題点は、基本的にそのままにしてあります。

1:オヤジどの
　RPの件ですが、１章と２章のつながりが悪いと思います。
１章でRPの３種を説明しているのに、２章で、いきなり「光造型」の課題を語っています。
　２章の論点に入る前に、光造型を語る理由を１行書く必要があると思います。


　去年、NET-P.E.jp主催の講座を受講したときの話です。
「図面って、どない描くねん! 」の著者、六自由度さん(機械工学技術士)の講座で、「全体を示し、詳細を記述するときに自分の得意分野に持っていくこと」と、ピラミッドの図形を描いて、おっしゃってました。

　この例も、全体で入って、お得意の光造型に論点を引き込むという風にもっていくべきだと思いますが、その必然性が必要だと思います。

　論文作成時の必殺技として、「中でもｘｘが○○なので、以下、ｘｘに絞って論ずる」と、転じる手法があります。
　ｘｘに、この場合は「光造型」を当てはめ、○○に理由を書いてください。理由には「一番普及している」「低コストだから」「他よりまし」など、いろいろ考えられることと思います。

　是非、ご活用ください。

回答作成者より（上記の３項目を選択した理由について）
　基本的に、回答者が回答可能な項目を選択しましたが、上記10項目のうち、（1）「RP」（4）「LCA」（9）「福祉介護ロボット」の3項目は、未だに鮮度のある項目であり、出題される可能性があるので、基本的には選択したい問題でした。
　しかし、（9）福祉介護ロボットについては、解答作成者に十分な知識が無いため、回答を諦めました。
　残る7項目のうち、（2）「ひずみゲージ」は、機械系技術者にとって、基本中の基本である「材料力学」にとって欠かせないアイテムなので、選択いたしました。
　但し、近年発生している「材料強度」に関わる問題は、「破壊力学」の領域に入る場合が多いため、これに置き換えて出題される可能性もあると、考えています。

組み込み系技術者様
早速のご指摘、ありがとうございます。
確かに、読み返すと、不自然な気がいたします。
しかも、必殺技までご伝授いただきました。
是非、参考にして、再度回答させていただきます。

組み込み系技術者様
ＲＰについて、補足します。
ＲＰの手法を時系列に並べると、私の把握している範囲では…

「光造形」＆（ＮＣ機による切削）→「積層成型」→「粉体成型」→（バーチャルモックアップ）

と、なると思います。
光造形技術は、結構歴史があり、携帯電話機の意匠確認等に、以前から使用されていました。それを、他の成型部品にも応用しようとするなかで、「光硬化性樹脂の吸湿性」が問題になり、「ベイク」と称する加熱処理を施していたりしました。しかし、加熱処理した光造形の試作品は、（経験上）妙に頑丈な感じに仕上がり、力学的には、製品性能を、上回ってしまう場合があり、逆に困った記憶があります。
ＮＣ機による切削を、「ＲＰ手法」に含むかは微妙で、初期の頃は、結局一つの部品をいくつかに分割して切削した後、貼り合わせたりしていたので、あまり「ラピッド」な印象ではありませんでした。その後、ＮＣ機による切削も、発展してきて、かなり複雑な形状も切削出来るようになっては来ました。
しかし、その背後で、今度は「積層成型」が登場し、そうこうする内に、「粉体成型」が出て来た…と言うように、ごく最近まで、色々な方法が、「この方法で、あれも出来れば、これも出来ます。」と言う状況で共存（？）状態でしたが、各手法によって作製される試作品の性格について、ようやく設計サイドが理解し始め、使い分け始めた。と言うのが、現状だと思います。
バーチャルモックアップも、広い意味ではＲＰ手法に含むように思いますが、それこそ、今まさに「何をどこまで出来るか？」検討中、と言ったところだと思います。

組み込み系技術者様・皆様
上記について、一点訂正です。
上記で「積層成型」と述べているものは、一般的呼称では「インクジェット法」と言うようです。
Ｗｉｋｉｐｅｄｉａによれば、『ＲＰに持ちいる「立体的な形状を、ある断面方法に細分化し、積層して全体の形状を作る方法」の総称が、「積層成型」であり、その中に、「光造形法」「粉末法（粉体造形法）」「シート積層法」「インクジェット法」「押し出し法」が存在する。』と言う趣旨のことが、記載されています。この調査を踏まえ、再度答案を作成します。

教訓…社内での呼称が、一般的な名称かどうか、要確認。

ＲＰに関する再回答
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１．ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）とは
　ＲＰとは、三次元ＣＡＤのデータを基に、部品の試
作品を作製する手法の総称で、具体的には、光造形法
・インクジェット法・粉末法等の手法が挙げられる。
　この内最も歴史が古く、広く知られている手法が、
光造形法であるので、以下、光造形法について述べる。
２．光造形法による試作品の技術的課題
　光造形法による試作品の技術的課題として、以下の
二点が挙げられる。
（１）光硬化性樹脂の吸湿性により、使用条件によっ
　ては、変形する場合がある。
（２）光硬化性樹脂の積層方向のデータの分解能によ
　り、試作品に段差ができる。
３．解決策
　上記（１）の解決策としては、吸湿性を持たない樹
脂材料を使用するインクジェット法の導入が考えられ
る。
　上記（２）の解決策としては、精巧な試作品が作成
可能な、粉末法の導入が考えられる。
４．将来展望
　最近では、数値解析技術の普及に伴い、上記のよう
な試作品すら作製しない手法も検討されつつあるが、
特に「流体がかかわる部品」については、解析結果と
現実が乖離する場合も散見されるため、上記の試作手
法は、今後も存続するものと思われる。
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以上です。

皆様へ
　あまり一問にこだわっていても仕方が無いので、そろそろ自分で想定した問題も考えて見ます。
　とはいえ上記回答にご意見があれば、引き続きご指摘願います。

7:オヤジどの

上記のストーリだと、
　手法がA,B,Cと３つある。
以下、Aについて述べる。
Aを実施すると課題がある。
　だから、やっぱりCが良い
...という流れになっています。

　それじゃ、最初からCを選べばいいじゃん。という悲しいツッコミをされてしまいます。
　このツッコミを封じるストーリ展開にしてください。

あと一歩で、すばらしい論文が出来そうな気がします。
頑張ってください。

組み込み系技術者様
「ごもっとも」としか言いようが…
と、なると「いきなりＲＰだと、手軽な分試作を作り過ぎてしまい、試験工数と試作費が、かえって嵩む可能性がある。」と言う課題に対し、「シミュレーションで、ふるいにかけてからＲＰに…」のストーリーが、シンプルかな？とも思います。

私ならば、下記のような流れにします。

　手法がA,B,Cと３つある。
ここで想定する条件において、
＊＊通常選択されるであろう手法はAである。＊＊
しかし、Aを実施すると課題がある。
＊＊「そこで、こんな工夫をしたら、Aでも課題を克服できる」＊＊
もしくは
＊＊「この条件なら、トレードオフを考えてCを選択する」＊＊
...という流れにします。

　具体的な解決方法が思い浮かばないので、都合の良いことばっか言ってますが、オヤジさんなら、何か思いつきませんか？

組み込み系技術者様
そうですねぇ…
逆に言えば、いくつかの方法が共存するには、それなりの理由が有るはずなんですよね。
今日起きてから、考えて見ます。

組み込み系技術者様
結局、私が試作を発注する時に、何を基準に方法を選んでいるかを答えれば、いいわけですね？
私ならば、まず光造形は、使いません。
理由は、せっかく作った試作品が、やがて使えなくなる公算が高いからです。
これは「実験の再現性」と言う意味でも、困る事です。ですから、インクジェットか、粉末を選びますが、どちらにするかは、いくつかの要素を総合的に判断して決めます。
上のストーリーで言うと、「二つの手法の内、インクジェット法が比較的安価なので、通常はインクジェット法を用いるが、可動部を含むような部品等の場合、積層による段差が気になるならば、粉末法を使う。」訳ですが、時間がある場合は、インクジェット法による試作品を、ヤスリがけしたりもするので、微妙ですね。（汗）

　展示会用にRPでユニットの構造物を作っていただいたことがあります。
　簡単な稼動部があったのですが、そこがウィークポイントで、ガチャガチャやっているうちに割れてしまいした。

　１品ものの展示会用ならば、稼動部を作らないという選択肢もあったのでは？と思った次第です。
　この場合は、CADデータを細工して、稼動部を一体化したデータを作るのか？

　もう一つの選択肢としては、対象となる樹脂とよくにた性質の成型材を使って、本格的に稼動部を作るか？

　私に選択権があるなら、前者かなぁ？？

組み込み系技術者様
　なるほどっ！相当大きなユニットを作られたようですね。
　ＲＰで作成した部品を、組み立てて使用するには、上記のようにある程度工夫が必要です。
　「展示会」と言う用途であれば、確かにドンガラさえあれば良いので、稼動部を無視した構造で良いと思います。但し、技術試作品として何らかの実験に用いる場合には、ＲＰでも比較的精密な「粉末法」を推薦いたします。
　ただ、稼動部が何かの流用品で、既に金型品があるのであれば、試作費用削減のためにも、金型品を使用すべきですね。
　お蔭様で、何やら論文をかけそうな気がしてまいりました。
　ただ、「三枚論文」になってしまうかもしれません。（汗）

　15:オヤジどの
　知の巨人立花隆の著「知のソフトウェア」にも、文章を足すことで質を高め、文章を削ることで密度を高めるみたいなことが書かれていました。(うろ覚えで申し訳ない。)

　ですから、３枚だろうが５枚だろうが、とりあえず詰め込みたいものを書いてしまって、そこから規定枚数にシェイプアップしていけば、よろしいかと思います。

がんばってください。

　P.S.展示会用は、純粋にドンガラがあればOKなものでした。
10年前は、そんなものでも樹脂削り出しで作っていたみたいで、ノートパソコンの試作品が自動車一台分なんてコストになることもあったみたいです。

組み込み系技術者様
（自動車並みのコスト）良くある話でしたね。私がエアコンの設計をし始めた頃、技術試作は、一台あたり、家が建ちそうなコストでした。（土地は別として…（汗））
上のコメントを頂き、ますます力が出てきましたっ！頑張って書いてみますっ！

皆様へ
ＲＰに関する三枚論文を作成してみました。
宜しければ、ご確認願います。
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１．ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）とは
　ＲＰとは、三次元ＣＡＤ等によって作成された部品
の立体形状を、ある一定方向の断面形状に分割し、そ
の断面形状を様々な材料を用いて積層構成することに
よって、最終的に立体的な形状を持つ部品の試作品を
素早く作製する手法の総称である。
　具体的な手法としては、光造形法・インクジェット
法・粉末法等が挙げられる。

２．ＲＰ各手法の特徴と、技術的課題
　以下に、ＲＰの代表的手法である光造形法・インク
ジェット法・粉末法の三つについて、それぞれで作成
される試作品の特徴と、技術的課題について述べる。
　（１）光造形法
　　　　比較的歴史の古い手法であり、以前から手軽
　　　な手法として用いられており、具体的には、意
　　　匠確認モデルの作成などに用途に使用されてき
　　　た。
　　　　しかし光造形法は、光硬化性樹脂を各断面形
　　　状に成型しながら積層していくため、最終的に
　　　構築される立体形状に、立体形状を積層データ
　　　に分割した際のつなぎ目が残ってしまうという
　　　課題がある。また、光硬化性樹脂は、吸湿性を
　　　持つため、試作品を長期間使用すると、膨潤し
　　　て変形してしまうという課題がある。
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　（２）インクジェット法
　　　　材料となる樹脂を、インクジェットプリンタ
　　　のように噴射し、各断面形状に成型しながら積
　　　層していく手法である。
　　　　この方法に用いる樹脂は、一般的に吸湿性が
　　　無いため、試作品が変形することは無いが、光
　　　造形法と同様に最終的に構築される立体形状に、
　　　立体形状を積層データに分割した際のつなぎ目
　　　が残ってしまうという課題がある。
　（３）粉末法
　　　　材料となる樹脂の粉末を立体形状に成型し、
　　　バインダと呼ばれる補間剤を、インクジェット
　　　プリンタの原理で噴射して固めたり、焼結した
　　　りすることによって立体的形状を構成する手法
　　　である。
　　　　この手法による試作品も変形することは無い
　　　が、前述の（１）（２）の手法と比較した場合、
　　　立体形状を積層データに分割した際のつなぎ目
　　　が、ほとんど目立たないと言う特徴があるが、
　　　試作作成費用が、比較的高価である。

３．ＲＰの技術的課題の解決方法
　上記２．に記載した各手法の特徴を踏まえ、各用途
に応じて、試作品を作成する手法を、適宜選択するべ
きである。
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　具体的には、意匠確認や、短期的な技術試験等に使
用する目的で試作品を作成するのであれば、２．（１）
光造形法を用いれば十分であるし、試作品を、比較的
長期にわたって技術試験等に使用するのであれば、２．
（２）インクジェット法を用いるべきである。
　また、試作品に可動部が含まれ、精密な形状を作成
する必要があるのであれば、２．（３）粉末法を使用
するべきである。但し粉末法は、前述の通り、他の二
つの手法と比較し、比較的高価であるため、導入には
慎重な検討が必要である。
更に、例えば２．（３）粉末法による試作品であって
も、ＲＰによる試作品は、積層方向に割れやすい性質
を持っているため、通常の成型品に比べ、一般的に壊
れやすい。従って、可動部が何らかの現行品の流用で
ある場合は、可動部の部品には、金型品を使用するべ
きであり、それによって、試作費用を低減することも
できる。

４．将来展望
　最近では、数値解析技術の普及に伴い、上記のよう
な試作品すら作製しない手法も検討されつつあるが、
特に「流体がかかわる部品」については、解析結果と
現実が乖離する場合も散見されるため、試作品を用い
た性能確認が不可欠であり、上記の試作手法は、今後
も存続するものと思われる。

19: オヤジ どの
　私は、RPに関しては専門外です。でも、私にもよく理解できる論文にまとまっていると思います。
　本番で、RPが出て、３枚まとめなら、合格できると思いますよ。

　私は、論文作成を数多くこなすことが、技術士合格の道、ひいては一流技術者になるためのトレーニングだと思ってます。

　この調子で頑張りましょう。

19: オヤジ どの
　さて、次は１枚に要約しましょう。
(1)定義、各方式の解説について、採点者は当然知っていると思いますので、省略可能です。
(2)それぞれの方式について、課題点を書かれていますが、１つに絞りましょう。
(3)将来の展望は「存続」とあまり積極的でないですが、積極的な将来展望はないでしょうか？

　(3)について、私も「ますます発展していく」でお茶を濁すことが多いですが、夢を語れるといいと思います。
　私が最初にRPを知ったとき、「これで金型要らないじゃん」と思いました。
　もしかすると、品質、成型時間、成型するサイズによっては、近い将来金型レスの製造技術になるのかしらん...と思いました。
　おそらく、１個あたりの製造時間が遅い、出来上がった物の特性がよろしくない、仕上がり品質がよろしくない、などの課題点があるため、量産技術としてはモノになっていないと思っています。
　オヤジさんなら、試作品ではなく、量産技術としてのRPについて、将来性をジャッジできませんか？

（怖い）組み込み系技術者様（笑）
了解いたしました。
しばし、お待ちを…（汗）

組み込み系技術者様
ＲＰからは少々離れてしまいますが、「レーザー加工」は、恐らくご存知かと思います。
レーザー加工は、通常金型を作成するほどの材料が不要な場合に、抜き加工（外周を決まった形に切ったり、穴を開けたりする加工）を行う道具でした。
しかし、最近は、樹脂に塗装を施したボタンの文字部分の塗料を、削り取るために使用する場合もあり、こうした使用方法は、量産品にも活用されています。
また、板金の絞りなどに関して言えば、「ＺＡＳ」と言われる質の悪い再生鋼材を用いた仮型を作る場合が多いですが、仕上がる部品の精度は、本型と大差ないため、メーカーによっては、量産初頭何台かは、仮型品で済ませている場合もあるそうです。
ただ、仮型は、一般的にショット数（何回金型を使うか？）が少ないので、仮型を使いながら、背後で本型が平行して作成される…というわけです。
「ＲＰを、量産に展開する。」ですか…
冗談ではなく、例えば、雑誌のノベルティーグッズのような、数量限定で、あまり力が加わらないような成型品への応用であれば、可能性は、十分あるかもしれませんね。

23:オヤジどの
　22:の将来展望で、「RPを量産に使う」というのは、私の思いつきなので、それを無理やり発展させる必要はありません。
　でも、オヤジさんの論文のきっかけになれば幸いです。

組み込み系技術者様
ありがとうございました。
私も説明を書いていく過程で、だいぶ頭の整理ができました。
後ほど、ＲＰ（一枚編）を、作成してみます。

皆様へ
お待たせいたしました。
ＲＰの「一枚論文」を作成いたしましたので、宜しく
ご確認下さい。
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１．ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）とは
　ＲＰとは、部品の立体形状を、ある一定方向に積層
構成する試作品作製手法の総称であり、具体的な手法
としては、光造形法・インクジェット法・粉末法等が
挙げられる。
　以後、ＲＰ手法として最近一般的に使用されている
「粉末法」について、述べる。
２．「粉末法」の技術的課題
　「粉末法」は、他のＲＰ手法に比べ、やや試作コス
トが高く、実験等に繰り返し使用して破損した場合、
損失が大きい。
３．技術的課題の解決方法
　上記の課題の解決方法として、以下のような方法が
考えられる。
　（１）試作する部品の内部部品の中に、既に金型が
　　　　存在する部品があれば、金型成型品を用いる。
　（２）粉末法で作成した試作品を「形状マスター」
　　　　として管理し、注型を作成して、実験等には
　　　　注型成型品を用いる。
４．将来展望
　「粉末法」の登場により、ＲＰは一応の成熟を見た
感があり、最近では「数値解析技術」を用い、試作品
の作製すら行わない設計手法も検討されている。
　しかし現状では、解析結果の実験的検証が必要な項
目も多く、ＲＰは、今後も当面存続するであろう。
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以上です。宜しくお願いいたします。

26:オヤジどの
　私が採点者なら、きっといい点つけますよ。

でも、私では分からないことが書いてあるので、一つ質問です。
　「注型」とは何ですか？
　これが分からないと、３の解決方法が納得できないんです。

組み込み系技術者様
「注型（ちゅうけい）」とは、形状マスターとなるものをデカい水槽に入れ、エポキシ系樹脂等を回りに流し込んで作成する仮型のことです。
但し、当然ながら注型による成型品は、使える材料が限られていますし、精度もあまり良くありません。（どこまで求めるかにも寄りますが…）
それと、注型に使った形状マスターは、中継から取り外す際に、下手をするとバラバラに壊れてしまいますので、覚悟が必要です。（汗）
しかしメリットとして、一つの形状マスターから、いくつかの同じ形の試作品を、比較的安価で、早く作成できるという点では、メリットがあるので、実はＲＰとほぼセットで、大抵の業者がやっています。（笑）

28:オヤジどの
　「注型（ちゅうけい）」について、理解できました。
どうも、ありがとうございます。
　つまり、現物と同等の型を使って、鋳型を作る訳ですね。

　下手をすると、バラバラになるという課題点に対して、何か留意することはありませんか？
　あれば、それを(2)の下１，２行「この場合、ｘｘｘに留意する必要がある」とかなんとか書いて、将来展望をその分削ると良いと思います。
　展望が暗いですから行数を割いて語るほどのことはないと思いますので^^;;

組み込み系技術者様
ありがとうございます。そうですねぇ………
実は「注型」も、「職人様頼み」だったりします。（汗）