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成果報告書詳細
管理番号20190000000602
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/三次元異方性カスタマイズ化設計・付加製造拠点の構築と地域実証
公開日2019/6/25
報告書年度2014 - 2018
委託先名国立大学法人大阪大学 パナソニック株式会社 地方独立行政法人大阪産業技術研究所
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 「三次元異方性カスタマイズ化設計・付加製造拠点の構築と地域実証」

本事業では、「少品種大量」「多品種少量」から「多品種大量生産」へと、ものづくり概念を根底から覆す製品を生み出すためのイノベーションスタイルを構築することを目的として「高付加価値化のための異方性カスタム化」の研究開発を行った。具体的には、カスタム新市場をターゲットとし、「異方性」をキーワードに、必要とする機能を最大限発揮できる高付加価値製品の事業化を目指した。特に最適化デライト設計を上流概念とし、付加製造(三次元積層造形)を用い、これまで困難とされていた材質・形状パラメータを同時制御することで開発を進めた。
異方性カスタム最適化設計:カスタムの属性、要求性能および価値を分析し、結晶方位制御による材質・形状同時制御の考え方を導入することで設計として個別ニーズを満足させる方法論を確立した。実証研究として、個別ニーズに合わせたカスタマイズ化を可能にするだけでなく、新たな機能を発現させる伴侶動物用カスタム骨インプラントおよびスタム照明用自動設計ソフトを開発した。
異方性カスタム材質・形状制御:積層造形時に適切に造形条件を制御することで材質・形状を同時に制御できることを実証し、インプラント、タービンブレードに応用し、異方性カスタム製品の開発を行った。タービンブレードでは、高耐熱Ni基合金で精密鋳造品に匹敵する造形精度を達成するとともに、異方性組織を確認し、材質・形状の同時制御の指針を得た。加えて、次世代超高温構造材料の遷移金属ダイシリサイドに対しても材質・形状の同時制御を実現した。
異方性カスタム個電研究・開発:カスタム照明および冷熱デバイス等の研究・実用化開発を行った。カスタム照明では、上記、カスタム設計ツールを用いて、陰影等の新たな価値提供の可能性を見出した。一方、冷熱デバイスでは、素子結晶の異方性組織制御により既存品比と比較して70%性能向上を実証し、研究開発を前倒しで終了、パナソニック株式会社での事業を開始した。
異方性カスタム製品のデライトアセスメント:カスタムの属性、要求性能および価値分析を行うマイノリティ分析ではツール化し、パナソニック株式会社が事業を開始した。また、インプラントでは、開発したツールで設計したチタン製(金属積層造形品)カスタムボーンプレートの埋入動物試験に成功した。加えて、カスタム骨インプラントの使用により獣医師の負担の軽減、手術時間の30%削減を達成した。さらに、世界で初めて異方性(低ヤング率)と特性を有する材質・形状同時制御による異方性カスタム骨インプラントの積層造形を実現し、同インプラントによる骨質劣化の防止、治癒期間の短縮を確認した。この異方性インプラントは、間葉系幹細胞と骨の再生治療および慢性腎臓病に伴う骨折治療の特定疾患時についても有効であることが示唆され、当初想定を超える広範囲で適用、普及が期待される。
異方性カスタム新市場の創成・新規参入支援:ツール実証、事業終了後の普及拠点として大阪大学異方性カスタム設計・AM研究開発センターを設置、研究開発を実施した。HP、講演会およびセミナー等を通し、当該技術の新規参入企業を募り、30社以上の参画および協力企業を得た。
イノベーションスタイル構築に向けた取り組み:知的財産、テストユースやビジネスモデル等を検討した。異方性カスタムインプラントの獣医臨床への普及の場として先端獣医療コンソーシアムを設立した。
英文要約Title: SIP(Cross-ministerial Strategic Innovation Promotion Program) Innovative Design and Manufacturing Technologies Establishment and Validation of the base for 3D Design & Additive Manufacturing Standing on the Concept “Anisotropy” & “Customization” (FY2014-FY2018) Final Report

The R&D of “Anisotropic customization for high value-added” was carried out to construct the innovation style for creating the products which originate novel manufacturing concept “multi-muss-production”. The commercialization of high value-added products which exhibit extremely superior function in a specific direction with a target “new custom market” and a keyword “anisotropy” was challenged by additive manufacturing(AM) with “optimal delight design” as an upstream concept and simultaneous control of material and shape.
Anisotropic custom optimal design: A methodology for satisfying individual needs in design was developed by analyzing characteristics, performance requirements and values of custom, and introducing the idea of simultaneous control of material and shape. Supporting tool for automated design on custom bone implant for companion creatures and custom lamp shade was developed for verification.
Control of anisotropic custom material & shape: Simultaneous control of material and shape was realized in AM. This technology was applied to custom implant and turbine blade to develop anisotropic custom products. In terms of turbine blade, the precision of fabrication comparable to precision-cast product was achieved in high heat-resistant Ni-based alloy, and the guideline for simultaneous control of material and shape was obtained.
R&D on anisotropic custom individual use electronics: The potential for providing novel values like shadow was found out by the developed tool on “custom lamp shade”. On the other, the performance of developed “thermoelectric device” by controlling material anisotropy was increased of 70% compared to conventional one. Panasonic corp. commenced the business.
Delight assessment for anisotropic custom products: Tool for analyzing characteristics, values etc. of custom was developed. Implanting test for animal with the developed Ti custom bone plate was achieve. The world’s first AM of anisotropic custom boon plate with low Young's modulus by controlling material and shape was succeeded.
Creation of new market for anisotropic custom products and support for newly joined enterprise: Osaka Univ. Anisotropic Design / AM Research Center was established as a base for verifying tools and for spreading the tools after project to promote R&D. More than 30 participating and partner enterprises newly joined the project by recruiting new entry enterprise for core technologies of project through HP, lectures and seminars etc.
Strategy for construction of innovation style: Intellectual property, test-use and business model etc. were reviewed. Advanced veterinary consortium was established to spread anisotropic custom implant into veterinary practice.
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