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3Dスキャナーがあれば
すぐに3Dプリンターで造形できますか?

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3Dスキャナーがあれば<br>すぐに3Dプリンターで造形できますか?

3DPエキスパートでは「耐用年数が長い鉄道用保守部品を3Dプリンターで生産」でリバースエンジニアリングの事例を取り上げていますが、生産が終了しているなどの理由で入手困難な部品を3Dプリンターで造形したいというニーズは根強いようです。製造元でも図面が無い古い部品でも3Dスキャナーと3Dプリンターがあれば複写機のように部品を複写することができるのでしょうか?今回は3Dスキャナーの視点で解説いたします。

早くから3DCADや3Dプリンター活用を提案してきたデータ・デザイン社のなかで3Dスキャナーを担当する余語氏に3Dスキャナーの仕組み、必要な工程、留意点等のお話を伺いました。
(語り手:データ・デザイン余語珠未氏 聞き手:3DPエキスパート編集部)

そもそも3Dスキャナーとはどんなものですか?

3Dスキャナーは、立体的な部品などの物体に、レーザー光などを当て形状を測定することで、デジタルデータ化する入力装置です。測定できるサイズとしては、6㎝から建築物や船舶まで、対応できる機種によって違いがあり、測定の仕組みも、直接対象物にプローブと呼ばれる端子を押し当て、形状を測定する接触型、レーザー光や放射線を投影して形状を測定する非接触型など、さまざまな方式があります。

以前は3Dスキャナーを導入するためには、専用の測定室を設けて大掛かりな装置を設置する必要があったのですが、装置の小型化・高性能化と制御ソフトウェアの進化が進み、持ち運びできるハンディータイプの装置も登場しています。

3Dスキャナーはどのような原理で測定ができるのでしょうか?

データ・デザインが取り扱っているArtec社の3Dスキャナーでは網目模様のLED光を対象物に投影し、投影された画像をカメラで撮影して、模様の歪み具合から対象物の形状や大きさを測定します。計測した測定結果を3角形の集合体で把握する「メッシュデータ」のに変換後、CADデータとして編集のできる3Dモデルに変換します。

測定しにくい材質や形状も

レーザー光を投影して、その光の状態をカメラで計測する方式ですから、レーザー光が届かない範囲は測定できません。その他にも、ピン角の測定は難しく、エッジが再現しづらいなどの制限もありますし、材質が黒色・透明・光沢感がある素材の場合、測定データがきれいに取れないケースなどもあります。そのため、計測する前に、白色の粉末スプレーで前処理を行い、投影光を認識し易くするなどの処置を行って、精度を高める工夫が必要にある場合もあります。

■ 3Dスキャナーの読み取ったデータを3Dプリンターで造形する為のプロセス

3Dスキャン自体万能ではないし、データ化しても簡単には造形に利用できない、ということですね?では実際に造形するためのデータを3Dスキャナーを使って作るためにはどのようなプロセスが必要なのでしょうか?

3Dプリンターで造形したい対象を3Dスキャナーで測定した後、実際の造形物と異なる部分は専用ソフトを使用して補正してから、3DCADのモデリングデータに変換します。その後、3Dプリンターで造形することが一般的です。

■ 3Dスキャナーのメリット
複写機のように「スキャナーで読み取って誰でもすぐに印刷」できるわけでは無いのですが、3Dスキャナーにより対象物を測定して修正後3Dプリンターで造形することは、3Dで図面データをゼロから起こすよりも圧倒的に時間を短縮することが可能です。3Dスキャナーは図面の無い対象物の3D化、また、様々な対象物の測定の効率化を実現するソリューションです。

3Dスキャナーの最大のメリットは効率的な測定です。対象物が複雑な形状をしている場合、ノギス等で測定を繰り返すことは非常に時間が掛かります。また、測定する対象物が車、また建造物のように大きなもの、逆に微細な場合、また測定する場所に近づくことが困難な橋梁など点検等に3Dスキャナーは様々な分野で活用されています。

3Dスキャナー市場の現状

3Dプリンター市場が拡大した2015年ごろから3Dスキャナーの全需は一貫して伸びています。メーカーが保有していた特許が終了し、中国等の新興市場のメーカー参入が相次いだこともあって、低価格化が進んでいることも大きな理由でしょう。2026年までCAGR7.6%で成長し13億ドルの事業になると予測されています。

3Dスキャナー市場の現状

低価格化により3Dスキャナーの裾野は広がっていますが、お客様が満足できる結果を得る鍵は先ほど説明させて頂いた、3Dスキャナーにて読み込んだデータの修正になります。

測定時にゆがみなどが出る場合や、すでに現物が損傷している場合には補正が必要となりますが、測定データの不足を補い、設計に必要なパラメータを抽出して、数値を指定してCADデータとして利用する際の数値指定をすることで、パラメータをもった完全なCADデータにする必要があります。その補正を円滑に行うソフト3Dシステムズ社のGeomagic DesignX等、を活用することが一般的です。しかしこのソフトによる補正は完全ではなく、個人のスキル、経験等の蓄積も重要になります。したがってリバースエンジニアリングを実施する為には、最近のソフトの活用、また、経験が必要となりますが、お時間の無いお客様はサービスビューローの活用も一つの手段だと思います。 

まとめ

リコージャパンにもお問い合わせの多い「3Dスキャナーがあれば図面がない部品をすぐに3Dプリンターで出力できますか?」というご質問のお答えは、「そこまで手軽に実現できるわけではありませんが、ゼロから3Dモデルを起こすよりも効率的に設計データを準備できます。」というのが現状です。新しい設備は、使いこなすためにスキルやノウハウが新たに必要になりますが、人手が足りない!という製造現場の現状を3Dスキャナーやソフトウェアの力をうまく活用して乗り切っていこうという各社の努力が垣間見えるようです。3Dプリンターの活用には3Dモデルの用意が必要不可欠です。この機会に3Dスキャナーを活用したモデル作成の省力化について検討してみるのもよいかもしれません。

Why RICOH 
(リコーだからできる事)

リコーは3Dプリンターをものづくりの現場で20年以上にわたって活用してきました。 製品の試作に始まり治具製造、さらには最終製品製造へと適用範囲を広げております。 2014年以降、自社で蓄積してきたノウハウを活かして 3Dプリンターの販売や3Dプリンター出力サービスを提供しております。

3Dプリンター出力サービスでは、お客様のご要望やご予算に合わせて 最適な造形材料・造形方式・後加工などをご提案しています。 従来の加工方法(切削/射出成型など)とは異なる、 3Dプリントの特性を最大限に活かした造形を丁寧にご支援します。

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