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成果報告書詳細
管理番号20190000000493
タイトル平成26年度―平成30年度成果報告書 SIP(戦略的イノベーション創造プログラム)/革新的設計生産技術/リアクティブ3Dプリンタによるテーラーメイドラバー製品の設計生産と社会経済的な価値共創に関する研究開発
公開日2019/6/6
報告書年度2014 - 2018
委託先名国立大学法人神戸大学 国立研究開発法人産業技術総合研究所 兵庫県立工業技術センター 株式会社アシックス 株式会社神戸工業試験場 住友ゴム工業株式会社 バンドー化学株式会社
プロジェクト番号P14030
部署名IoT推進部
和文要約件名:平成26年度―平成30年度成果報告書 SIP(戦略的イノベーション創造プログラム)/革新的設計生産技術 リアクティブ3Dプリンタによるテーラーメイドラバー製品の設計生産と社会経済的な価値共創に関する研究開発

本プロジェクトの実施項目である設計・生産システム研究開発、素材研究開発、マシン研究開発、価値共創プラットフォーム開設を遂行し、以下の結果を得た。
(1)価値共創型テーラーメイド生産システムの有効性の実証・可視化に向け、シューズ製造を対象に、IoT環境下における実仮想融合型スマートファクトリのデモモデルを構築し、テーラーメイド生産を可能とする生産管理方式の新たな方法論を提案した。スポーツシューズに関する準リードユーザおよびマスユーザにおけるカスタマイズ需要と知覚価値に関する調査において、4000を超えるアンケートデータを集め、価値評価の採用意図への効果や複数アプリへの支払い意思額などについて、構造方程式モデリング等を用い詳細な解析を行った。デジタルヒューマン工学に関しては、全身詳細筋骨格モデルを用いた運動力学解析によりソールの硬さの違いが運動力学特性や体性感覚情報に影響することを確認した。また、ウェアラブルセンサを用いてランニング障害リスクを推定する技術を開発した。足部形状への適合性向上を目的にCT等の医療画像を用いて、有限要素法による足部デジタルモデルの構築を行った。更に、ソール構造の動作適合性向上のため、シミュレーション実験を実施した。インタラクションデザインについては、ユーザとプロデューサの共創的設計を目的とした4種類のスマホアプリを開発し、ネットワークシステムを構築するとともに、有効性を確認した。
(2)世界初の架橋ポリウレタン3DP造形材料の開発を行い、マラソンシューズのアウターソールとして十分な機能と耐久性を有することを立証した。組成傾斜と温度傾斜を利用した二種類の手法によってアウターソールのポリウレタン材料の傾斜特性創出に成功した。ゴム本来の強度や耐久性を持ち、微細成形が可能な3Dプリンタ用UV硬化型多成分系ラバー素材を新たに開発した。ミッドソールを試作し、神戸マラソンを2年連続で完走でき、その性能や耐久性を確認した。世界初となるラバー3DPを開発し、ラバー配合設計の確立に取り組んだ。ラバー配合による未加硫ラバーの流動性向上、マイクロカプセルを活用したラバーの軽量化、常圧加硫時の発泡抑制等の当初の目的、物性値目標もクリアした。ラバー変形に追随できる柔軟な有機力学センサを開発し、インソール型足底圧検知システムを構築した。歩行解析に有効な多点センシングと小型・軽量な無線技術を用いて、歩行・ランニング時のその場観測を実証した。
(3)ポリウレタンラバー3D造形法して2液微小液滴反応場を用いるリアクティブ3DPを開発した。微小液滴反応場では液滴径が小さい程反応速度が大きく、ノズル射出におけるフィラメントおよびサテライト抑制に関する条件や着弾液滴の濡れ広がりを示す条件を明らかにした。これによって24 h/足,100 μm精度を実現した。アウターソール、ミッドソール、インナーソールの各材料にあった3DP試作機を製作した。試作機にて神戸マラソン用シューズソールを造形し、シューズに組み込んで実走に耐え得ることが確認できた。
(4)兵庫県立工業技術センターに価値共創プラットフォームを開設(平成29年9月)し、本プロジェクト成果であるラバー用3DPやユーザーインターフェース用アプリを提供中である。
英文要約Title:SIP(Cross-ministerial Strategic Innovation Promotion Program)/Innovative Design/Manufacturing Technologies Research on Innovative Design/Manufacturing Methodology of Tailor-made Rubber Products and Socio-Economic Value Co-Creation with Reactive 3D printer (FY2014-FY2018) Final Report

The following results were obtained by this project.
(1)The technological survey about IoT based manufacturing approaches, such as Industry 4.0 or IIC, were carried out, and the advantage of our proposed project was confirmed in terms of the innovative value co-creation between providers and receivers. We conducted an online survey and obtained 4000 samples targeting runners to study respondents’ perceived value and intention to mass-customized shoes. We developed a technique to synthesize subject-specific 3 dimensional foot model from small number of measured dimensions. We applied the kinematics and dynamics analysis using the whole-body musculoskeletal model, and succeeded in analyzing the athlete's running patterns in the 2017 and 2018 Kobe marathon. We developed four type smartphone application programs that were targeted for co-creation design between user and producer, and built the network system.
(2)We developed the first crosslinked polyurethane materials for 3DP modeling in the world for the practical use as an outer sole material of running shoes. We prepared polyurethane-based gradient materials successfully. We have achieved for the first time in the world the development of UV curable multicomponent rubber material for Additive Manufacturing which have the intrinsic strength and durability of rubber and can be micro-fabricable. Then, its performance and durability of the midsole was successfully demonstrated by a runners using the prototype shoes with no trouble in both Kobe Marathon 2017 and 2018. In order to develop the world's first rubber 3DP, we established rubber compounding design. We achieved improvement of fluidity of unvulcanized rubber, weight reduction of rubber by utilizing microcapsules, suppression of foaming during pressureless vulcanization by the improvement of the design, and also attained targets for physical properties. Our developed smart insoles combined with a wireless communication system, embedded the organic piezoelectric sensor in rubber, could be quantified and visualized a 2D-force distribution between the foot and shoes of the running, walking and self-standing in real time.
(3)The reactive 3DP with fine droplet reaction fields has been developed. From the results, we achieved the decrease of the reaction time, the optimum condition, and the characterization of the imping droplet spreading. We produced 3DP prototype in accord with outer sole, mid sole, materials of the each innersole.
(4)In September 2017, the value co-creation platform was opened at Hyogo Prefectural Institute of Technology. It provides tools such as rubber 3DP and apps.
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