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

～内閣府戦略的イノベーション創造プログラム

（SIP）における地域連携の取組み～

神戸大学 貝原俊也

バンドー化学 大西 淳

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工学フォーラム2016 2016.11.28 於：神戸商工会議所工学フォーラム2016 2016.11.28 於：神戸商工会議所

デジタルヒューマン工学

インタラクティブデザイン生産・流通・販売システム

テーラーメイドラバー技術

リアクティブ３Dプリンタ

マスカスタマイゼーション対応スマート生産システム ユーザと供給者のコミュニケーションデザイン

人体のデジタル機能モデル

はじめに 本提案の概要と特徴はじめに 本提案の概要と特徴

適用適用

分析分析

設計設計

運用運用価値共創ループ

価値共創ループ

ユーザ (市場)

製品・価値プロデューサ

「育てる」人工物！

計測・デジタル

モデリング

プロダクトイノベーション

製造・加工・提供

プロセスイノベーション

(使用)(使用)

背景：地域資源である神戸のラバー産業およびシューズ産業に着目し，テーラーメイド・シューズを先導的モデルとする「革新的設計生産技術」のテーマに取り組む．

★人体機能研究及びデジタルモデリング★デジタルソール設計システム★アスリート要望・新市場の調査・分析

★ユーザからのビッグデータ解析研究★IoTを活用した持続的デザインの研究・開発★ユーザからのビッグデータ解析研究★IoTを活用した持続的デザインの研究・開発

★スマートファクトリの研究・開発★IoTを駆使したつながる工場の提案★スマートファクトリの研究・開発★IoTを駆使したつながる工場の提案

★3Dプリンタ用ラバー材料の研究・開発★3Dプリンタマシンの研究・開発

★シューズ内蔵用センサの研究・開発

★3Dプリンタ用ラバー材料の研究・開発★3Dプリンタマシンの研究・開発

★シューズ内蔵用センサの研究・開発

（独）産業技術総合研究所・生体計測システム構築，

マシンインタフェース開発

再委託先２社

H26(2014) H27(2015) H28(2016) H29(2017) H30(2018)

① インタラクティブな設計手法の研究開発

② 素材と３Ｄプリンタの研究開発

③ 市場開発

研究開発の体制・スケジュール研究開発の体制・スケジュール

研究開発責任者神戸大学教授 貝原俊也

神戸大学（システム情報学研究科、経営学研究科）・価値共創のための設計生産システム構築，

製造請負クラウドサービス，マーケット・リサーチ

（工学研究科）・ラバー素材・固化法開発，

素材流動解析，３Ｄプリンタマシン開発

兵庫県立工業技術センター・インタラクティブ・デザイン技術，

ラバー素材・固化法開発，３Ｄプリンタマシン開発

（株）アシックス・有限要素法モデル開発，

構造設計・素材開発，動作分析，商品開発

（株）神戸工業試験場・ラバー３Ｄ

プリンタマシン開発

住友ゴム工業（株）・ラバー素材／硬化法開発

（UV架橋性材料研究）

バンドー化学（株）・ラバー応用商品開発・ポリウレタン素材・固化法開発

中間目標（2016年度）

設計：デジタル情報による準リードユーザ向けシューズの設計

生産：準リードユーザ向け生産のための素材とマシンのプロトタイプの試作

最終目標（2018年度）

設計：マスマーケット向け製品設計技術の確立

生産：準リードユーザ向けの生産への適用、素材とマシンの二次プロトタイプの試作

ファーストループ適用セカンドループの分析・設計

セカンドループ適用サードループ設計技術の確立

３Ｄプリンタマシンの研究とプロト試作

３Ｄプリンタマシンの2次試作

他用途展開のための市場調査価値共創プラットフォーム構築他用途展開

（１）体制

（２）スケジュール

神戸大学（連携創造本部） コーディネーション

研究チーム体制研究チーム体制

神⼾ ⼤ 学システム情報学・経営学研究科

兵庫県⽴ ⼯ 業技術センタ ー

産業技術総合研究所

（ 株） アシッ ク ス

（ 株） 神⼾ ⼯ 業試験場

神⼾ ⼤ 学 ⼯学研究科

（ 再委託先） シバタ ⼯ 業㈱

天満サブ化⼯ ㈱

住友ゴム⼯ 業（ 株）

バンド ー化学（ 株）

設計・ ⽣ 産システム研究開発チーム 素材研究開発チーム

マシン研究開発チーム

＠230億円

何故 ランニングシューズなのか？何故 ランニングシューズなのか？

デライト設計・生産を目指すビジネスモデルデライト設計・生産を目指すビジネスモデル

ファーストループ

セカンドループ

サードループ

設計

運用 分析/モデル化

使用

運用 分析/モデル化

設計

SensingSensing

形状・運動

実走行・感性

SensingSensing3D

printing3D

printing

設計

分析/モデル化

使用

運用

3D printing

3D printing

3D printing

3D printing

IoV (Internet of Values)

IoV (Internet of Values)

使用

DBSensingSensing

形状

実走行・感性SensingSensing

DBSensingSensing

形状・運動

実走行・感性SensingSensing

一般ユーザを対象とする部分テーラーメイド

準リードユーザを対象とする

セミテーラーメイド

リードユーザを対象とする

フルテーラーメイド

6

デジタルヒューマン工学〜設計の取り組みデジタルヒューマン工学〜設計の取り組み

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デジタルヒューマン工学

インタラクティブデザイン生産・流通・販売システム

テーラーメイドラバー技術

リアクティブ３Dプリンタ

マスカスタマイゼーション対応スマート生産システム ユーザと供給者のコミュニケーションデザイン

人体のデジタル機能モデル

適用適用

分析分析

設計設計

運用運用価値共創ループ

価値共創ループ

ユーザ (市場)

製品・価値プロデューサ

「育てる」人工物！

計測・デジタル

モデリング

プロダクトイノベーション

製造・加工・提供

プロセスイノベーション

(使用)(使用)

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運動・感覚シミュレーション運動・感覚シミュレーション

ランニングのコンフォートを予測する技術

取組み内容

– リードユーザの再現 (ファーストループ)

• 計測した運動データ + 個人を再現した筋骨格・有限要素モデル

– 準リード・一般ユーザの再現 (セカンド・サードループ)

• 代表的な運動データ + 集団を代表する筋骨格・有限要素モデル

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デジタルヒューマンモデリングデジタルヒューマンモデリング

シューズによる関節トルクの変化

膝関節に大きな違い

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関節トルクの変化関節トルクの変化

足部‐ソールの複合した有限要素モデル

– テーラーメイド型のシューズ設計を目指し、人体筋骨格モデルや動作分析シミュレーションデータより足部挙動を予測し、これらに適合するシューズ構造を実現

– 下図に示すような足部‐ソールを複合モデルを用いた解析システムが必要

– 形状変更や部分的な材料仕様の変更を行えるソールモデル

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デジタルソール設計デジタルソール設計

プロトタイプシューズの試作と評価プロトタイプシューズの試作と評価

・プロトタイプシューズの試作・評価

【応⼒-ひずみ測定結果】

【無線出⼒実験結果】【実験⾵景】

・有機センサ内蔵シューズの試作・評価

インタラクティブデザインの取り組みインタラクティブデザインの取り組み

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デジタルヒューマン工学

インタラクティブデザイン生産・流通・販売システム

テーラーメイドラバー技術

リアクティブ３Dプリンタ

マスカスタマイゼーション対応スマート生産システム ユーザと供給者のコミュニケーションデザイン

人体のデジタル機能モデル

適用適用

分析分析

設計設計

運用運用価値共創ループ

価値共創ループ

ユーザ (市場)

製品・価値プロデューサ

「育てる」人工物！

計測・デジタル

モデリング

プロダクトイノベーション

製造・加工・提供

プロセスイノベーション

(使用)(使用)

試作したスマホアプリの画面例 (Foot Scan)試作したスマホアプリの画面例 (Foot Scan)

テーラーメイドシューズ用スマホアプリの試作テーラーメイドシューズ用スマホアプリの試作

⼨ 法測定

⾜ ⼨ 法（ 幅、 ⻑ さ 等）計測アプリ ケーショ ン

Foo t Sca n をスマート フ ォ ンアプリ で

可視化

ユーザの⾜ モデルや筋負担表⽰ のアプリケーショ ン

ユーザの筋⾻ 格モデル

ユーザの⾜ 形モデル

スト ア

「 ユーザ嗜好や⽤ 途」 「 ⾜形」 「 ⾛ ⾏ タ イ プ」 等から最適なシュ ーズをナビゲート するアプリ ケーショ ン

ユーザのスマホに価格と 納期を連絡

⾛ ⾏ 測定

ユーザの⾛ ⾏ タ イ プ（ ピッ チ、 スト ラ イ ド等） を計測、 分析するアプリ ケーショ ン

⾛ ⾏ タ イ プ、 ソ ール硬さ の違いによる筋活動量の可視化

スマートファクトリの取り組みスマートファクトリの取り組み

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デジタルヒューマン工学

インタラクティブデザイン生産・流通・販売システム

テーラーメイドラバー技術

リアクティブ３Dプリンタ

マスカスタマイゼーション対応スマート生産システム ユーザと供給者のコミュニケーションデザイン

人体のデジタル機能モデル

適用適用

分析分析

設計設計

運用運用 価値共創ループ

価値共創ループ

ユーザ (市場)

製品・価値プロデューサ

「育てる」人工物！

計測・デジタル

モデリング

プロダクトイノベーション

製造・加工・提供

プロセスイノベーション

(使用)(使用)

本プロジェクトで目指すIoV (Internet of Values)

ユーザ（消費者）の嗜好・状況：多種多様

IoT環境において，ユーザの情報を取得

個別ニーズに応じたテーラーメイド設計・生産を内包した

IoV (Internet of Values)環境を提案・構築

製品に対する使用価値・文脈価値を設計・生産段階に導入，「育てる人工物」の実現を目指し，革新的なイノベーションスタイルを確立

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IoVの提唱IoVの提唱

Internet

生産現場

ユーザ・販売店

商品発注データデザイン・設計

ユーザ計測・分析嗜好調査・モデル化

データベースデータベース

部品サプライヤ

部品・製品在庫

配送生産機械

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IoT・CPS環境下での価値共創型テーラーメイド生産システムIoT・CPS環境下での価値共創型テーラーメイド生産システム

3D プリンタ

生産管理・全体表示用モニタ

PLC

供給トレイ完成品トレイ

模擬加工機用タブレット

模擬加工機用トレイ

模擬加工機用トレイ

組立台

スマートファクトリシステムデモ機スマートファクトリシステムデモ機

リアクティブ(ラバー)3Dプリンタの取り組みリアクティブ(ラバー)3Dプリンタの取り組み

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デジタルヒューマン工学

インタラクティブデザイン生産・流通・販売システム

テーラーメイドラバー技術

リアクティブ３Dプリンタ

マスカスタマイゼーション対応スマート生産システム ユーザと供給者のコミュニケーションデザイン

人体のデジタル機能モデル

適用適用

分析分析

設計設計

運用運用価値共創ループ

価値共創ループ

ユーザ (市場)

製品・価値プロデューサ

「育てる」人工物！

計測・デジタル

モデリング

プロダクトイノベーション

製造・加工・提供

プロセスイノベーション

(使用)(使用)

形状

性能

耐摩耗性

柔軟性 グリップ性

通気性

硬度制動性

耐久性

形状保持性

抗摩擦性アウターソール

要求性能＠靴底要求性能＠靴底

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リアクティブ３Dプリンタの概要リアクティブ３Dプリンタの概要

ストランド吐出・UV方式

ミッドソール

ラバー素材

ミッドソール：モノマー減粘剤インソール ：紫外線架橋性

導電性高分子銀ナノインク

有機感圧センサ材料

異種・異形態界面/傾斜物性の制御

紫外線

マルチノズル・インクジェット方式

材料設計

予算削減対応：外部調達品の活用

架橋熱成形加工 vs のトレードオフ 傾 斜 ・ シ ー ム レ ス ラ バ ー

接 着 剤 ・ 金 型 フ リ ー

感 圧 セ ン サ ー 一 体 成 形

感圧センサ構造・評価

微細中空構造

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23

ポリウレタン系リアクティブ３ＤＰ造形技術の開発 連携︓神⼾⼤学⻄野研究室、鈴⽊研究室 ㈱神⼾⼯業試験場 バンドー化学㈱

バンドー化学㈱ Ｒ＆Ｄセンター大西淳

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SIP参画機関

当社は、⻄野先⽣ﾘｰﾀﾞの素材研究開発チームに属し、ウレタン材料開発の研究を担当しています。当社は、⻄野先⽣ﾘｰﾀﾞの素材研究開発チームに属し、ウレタン材料開発の研究を担当しています。

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当テーマにおけるバンドー化学の役割

開発計画

世界発の架橋ポリウレタンエラストマー３D造形の材料開発⇒当社コア技術であるウレタン配合・加⼯技術を展開

SIPにおけるバンドー化学の役割

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バンドー化学株式会社Bando Chemical Industries,Ltd.

創業 1906年4月14日

資本金 10,951百万円

売上高 93,272百万円(連結)（平成28年3月期）

従業員数 3,920名（連結）（平成28年3月31日現在）

営業品目

伝動ベルト及び伝動ｼｽﾃﾑ、運搬ﾍﾞﾙﾄ及び運搬ｼｽﾃﾑ、マルチメディア機器部品、土木・建築資材、化成品

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当社製品１１０年の変遷

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C-STRETCH®のびのびセンサ

FreeCrystal®OCAシート

TOPX®ｻﾌｧｲｱ基板研磨パッド

FlowMetal®接合材

FlowMetal®導電インク

高熱伝導シート

高熱伝導シート

高熱伝導シート

ゴム面状発熱体

のびのびセンサC‐STRETCH ®

銀ナノインクFlowMetal®

熱伝導シート

Free Crystal ®

研磨パッドTOPX®

ゴム面状発熱体

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神⼾⼤学とバンドー化学の包括連携①

神⼾⼤学とバンドー化学の包括連携②

医療・福祉の現場で利⽤が期待されるアプリケーションを神⼾⼤学にご協⼒頂き、共同開発させて頂いております。医療・福祉の現場で利⽤が期待されるアプリケーションを神⼾⼤学にご協⼒頂き、共同開発させて頂いております。

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K2016で⾒た３DP造形と造形材料①

メーカ ⽅式 材料

Wacker Chemie AG ｲﾝｸｼﾞｪｯﾄ ＵＶ架橋シリコン

Stratasys GmbH ＦＤＭ ＡＢＳ等

ｲﾝｸｼﾞｪｯﾄ ＵＶ架橋アクリル

３ＭStereolithograph

y法Fluoropolymers/ＵＶアクリル

Covestro Deutschland AG ＦＤＭ ＴＰＵ

ＳＬＳ ＴＰＵ

ｲﾝｸｼﾞｪｯﾄ ＵＶ架橋ウレタン

ARKEMA France SA ＳＬＳ ﾎﾟﾘｱﾐﾄﾞ／PEKK

ARBURG GmbH + Co KG ＦＤＭ 熱可塑性樹脂ペレット

BASF ＳＬＳ PA6

BYK-Chemie GmbH ＦＤＭ PLA⽤添加剤

Kyoraku Co., Ltd. ＦＤＭ形状記憶ポリマーSMP︓Shape

Memory Polymer

Kuraray Europe GmbH ＦＤＭ ポバール(ポリビニルアルコール)

Fraunhofer ＦＤＭ EPDM／マイクロメタリックワイヤー

EOS GmbH Electro Optical

SystemsＳＬＳ ⾦属粉末／樹脂粉末

Mitsubishi Chemical – MCPP ＦＤＭ ＡＢＳ

LG Chem Ltd. ＦＤＭ ＡＢＳ

Ferdinand Stükerjürgen

GmbH & Co. KG

Kunststoffwerk

FDM ＡＢＳ／ＰＣ／ＰＥＩ

geba Kunststoffcompounds

GmbHＦＤＭ 樹脂フィラメント

３DP造形に対し、各材料メーカで、様々な特徴を有する材料開発を展開

Kメッセ・・・世界50カ国以上、約3200社出展する世界No1ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ・ｺﾞﾑ⾒本市

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K2016で⾒た３DP造形と造形材料②

■INSTITUT FUR KUNSTSTOFFVERRARBEITUNG

■Stratasys GmbH

ｼｭｰｽﾞ(ｺﾞﾑﾗｲｸ、UV架橋ｱｸﾘﾙ系)

３Dプリント～切削加工まで全自動で多軸ロボットを使用した装置

医療用造形物(UV架橋ｼﾘｺﾝ)

■Wacker Chemie AG

■Covestro Deutschland AG

腕時計ﾘｽﾄﾊﾞﾝﾄﾞ

(UV架橋ｳﾚﾀﾝ)

連携のよるPURリアクティブ３DP造形材料の開発①

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連携のよるPURリアクティブ３DP造形材料の開発③

⻄野先⽣→ポリウレタン造形物の構造分析、傾斜材料設計鈴⽊先⽣→ポリウレタン2液衝突混合メカニズム解析

⻄野先⽣・鈴⽊先⽣との連携

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ポリウレタンウレアのエアージェットノズルでの吐出

■吐出条件は以下項目の条件を最適化しています。

１．ノズル径２．吐出圧力３．液温４．テーブル温度５．吐出間隔Ａ．液滴サイズＢ．硬化時間 連続吐出

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アウターソールの設計概要まとめ

37

モデルシューズの作成

直近では意匠デザインを３D造形作成

12⽉にプロトタイプシューズ評価予定

ｼｭｰｽﾞ評価様⼦

出口戦略 他製品への応用展開性出口戦略 他製品への応用展開性

インソール：52億円ウォーキングシューズ：40億円

ランニングシューズ：230億円

ビークルグリップ：30億円

手術シミュレーター：50億円

サポーター：230億円

建築用ガスケット：2億円

現場加工用パッキン：22億円

パンプス：40億円

スポーツ用品

パワーアシスト

KAWASAKIHEAVY INDUSTRY

NABTESCOYASOJIMA PROCEED KOBE

SUMITOMORUBBER ASICS

IoV

リアクティブ３Ｄプリンタ

シューズ

介護・医療建築

工具

DAIHEN KOBE

KAWABE SEIMITU

FUJI GLOVE

介護用品：390億円

KAWAMURA CYECLE

＊赤ローマ字は兵庫県に本社か開発拠点がある企業

身体形態因子で個人適合が可能

身体運動因子で個人適合が可能

価値共創プラットフォームの設置価値共創プラットフォームの設置

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兵庫県⽴⼯業技術センター技術交流館

技術交流館２Ｆ

産学官交流室

セミナー室

共同研究室

兵庫県立工業技術センター2FにH30年度運用開始を目指して設置検討を開始

まとめまとめ

製品・価値プロデューサ

技術革新

ビジネスモデル革新

ユーザ

市場

新製品・市場の創出

生活革新

「育てる」人工物！ 40