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グーテンベルク(東京・大田)が開発した3Dプリンター「G-ZERO」は従来機の数倍という高速造形が売りだ。開発をリードした山口勇二氏は、「できないと思われていたことに挑戦しその解決策を探るのが技術者の醍醐味」と語る。同氏と開発・製作に協力している極東精機製作所(東京・大田)の鈴木亮介氏に開発の経緯や狙いを聞いた。(聞き手は、吉田 勝、高市清治、中山 力)

グーテンベルク メカニカルエンジニアの山口勇二氏(左)と極東精機製作所代表取締役社長/グーテンベルク取締役製造担当の鈴木亮介氏(右)
グーテンベルク メカニカルエンジニアの山口勇二氏(左)と極東精機製作所代表取締役社長/グーテンベルク取締役製造担当の鈴木亮介氏(右)
(写真:尾関祐治)
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今回開発した「G-ZERO」の特徴を教えてください。

山口:やはり速度ですね。プリントのスピードを上げることによって、いろいろな価値が高まるのが、最大のポイントだと思っています。早くプリントするだけでなく、スピードを落とせば、その分だけ品質を高められます。品質はそこそこでも、逆にスピードをぐっと上げて、従来の3分の1、5分の1といった短い時間でのプリントもできます。今までは1週間かかっていたものが翌日に出来上がるわけです。小さな部品なら昼食を食べている間に仕上げられます。

 同等クラスの既存3Dプリンターが搭載しているプリントヘッドの移動速度が50mm/s程度なのに対して、G-ZEROのそれは最大500mm/s程度です。加速度も大きい。仕様上の上限は2万mm/s2と一般的なものの10倍以上はあります。

 このスピードを実現できた要因は幾つかありますが、最も大きいのはプリントヘッドの駆動に、「CoreXY」と呼ばれるベルト駆動方式の機構を採用した点です*1。CoreXYは、モーターの動きを伝達するのにシャフトではなくベルトを使います。従って、可動部を大幅に軽量化できるんです。その上で、G-ZEROではプリンター本体の剛性を高めています。単純にプリントヘッドの移動速度を速くするだけなら出力の大きなモーターを使えばいいんですが、可動部が重いと振動しやすくなり、印刷品質を確保しにくくなります。速度や加速度を上げると品質がどんどん落ちる。逆に重い可動部を動かしつつ振動を抑えようとすると、剛性を上げるために本体がどんどん重くなってしまいます。

グーテンベルクが開発した3Dプリンター「G-ZERO」
グーテンベルクが開発した3Dプリンター「G-ZERO」
プリントヘッドの駆動速度や加速度を高速化。従来の同等クラス機の3~4倍の速さで造形できるという。(出所:グーテンベルク)
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*1 CoreXY 米Massachusetts Institute of Technology(MIT)ラボで開発された3Dプリンターのヘッド駆動機構。

 要はプリントヘッドを含む可動部の軽量化を図るのがポイントです。既存の3Dプリンターには、必要と思われているけれど実際にはなくてもいい部品を省いたり、肉抜きしたり、可能な限り必要な部品を密集させたコンパクトな設計も意識しました。

 そのために、樹脂部品の多くを3Dプリンターで造形しています。切削や板金では加工の制約から重くなったり、コストがかさんだりしそうでも、3Dプリンターだからできる部品設計があるんです。ヘッドに搭載しているエクストルーダー(樹脂を溶かして吐出する機構)も、形状の制約を取り払って軽量化する点に注力しました。切削部品を使うと価格が上がるし、重くなりがち。板金部品なら安く簡単に造れますが、折り曲げて造るため形状の制約がある。3Dプリンターで造形することで、そういう制約を取り払って、小さく軽くできるんです。ですから、G-ZEROのエクストルーダーは、同クラスのプリンターのそれの半分くらいの質量しかありません。

 実はCoreXY自体は、公開されていて誰でも使える技術です。制御がやや複雑にはなりますが、オープンソースの制御プログラムがあるので、大きな問題ではありません。しかし、材料押し出し方式方式を採用している大手の3Dプリンターメーカーで、駆動方式にCoreXYを採用しているところはほとんどありません。そうしたメーカーの装置設計の発想が、ボールねじを使うような工作機械に近いからかもしれませんね。

やまぐち・ゆうじ:1985年生まれ。2006年高知工業高等専門学校卒業。14年までDRD(現パーソルR&D)にて商用トラックの設計などを手掛ける。インフォコアにて3Dプリンター販売事業のサポートなどを経て、グーテンベルクに入社。高速3Dプリンター「G-ZERO」の開発を主導する。近年はメディアプラットフォーム『note』や『Interface』(CQ出版)などに3Dプリンター関連記事を寄稿。17年からヴィ・ド・フランス秋葉原駅前店菓子パン落下監視委員会委員長。(写真:尾関祐治)"
"グーテンベルク メカニカルエンジニアの山口勇二氏
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