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医療分野 3Dプリンター活用事例

株式会社アイザック 様


株式会社アイザック
いわき技術開発センター
渡辺 諒 様

ロボットと人が調和した社会を創造
医療・介護用ロボット開発に3Dプリンターを活用

日々、医療・介護分野で業務を遂行されている方々の業務負担を軽減する事を目的として開発された移動ロボット『Keipu~恵風』。

そうした現場の救世主となるロボットを開発したのが、会津若松市に本社を構えるアイザックだ。

オリジナル商品のほかに小ロットのロボット受託生産まで、開発初期段階から医療現場スタッフの意見をもとに開発を行っており、医療現場で本当に必要とされるロボット開発に取り組んでいる。

「アイデアを形にするだけでなく、 3Dプリンターがあるから生まれる発想もあるんです」と語る渡辺氏。

東北発のロボット開発の現場を覗いてみた。

課題 >> 効果

  • 早期発見思った通りの形状なのか、問題点はないのかを開発初期段階で洗い出したい
    • 型制作はコストがかかるが、3Dプリンターを活用することで、開発者が気軽に造形できる。
    • 3DCAD上では問題なく見えたものも、組み付けると思わぬ干渉があったりするため、問題点の洗い出しができる。
  • 現物評価現場スタッフの意見をすぐに製品開発に反映させる事ができる
    • 3Dプリンターで造形したものを試作機に組み付ける事で、現場スタッフと開発者のイメージのミスマッチを防ぎたい
    • 複雑な形状は、どう動くか想像する事が難しいため、試作して現物評価をすることが効果的
  • 開発期間短縮3Dプリンターを開発サイクルに組み込む事で開発期間の短縮を実現
    • MSYSオンデマンド造形サービス(有償3Dプリントサービス)を利用する事で、より大きな部品が速く作れる大型造形機(Fortus900mc)を併用し、評価試作機を短期間で制作できた

医学的知見ベースの医療・介護ロボットを開発

「うちの会社は実は病院が母体なんです」。そう語るのはアイザックで設計を担当している渡辺氏だ。

母体は会津若松市で会津中央病院などを経営する一般財団法人温知会で、病院のアドバイスと医学的知見の提供を受けながら介護ロボットの開発を行っている。ロボットの名は『Keipu~恵風』。

2012年の創業時から開発に着手し、2016年にリリースされた。その特徴は、移乗・移動ロボットである点。介護で困難なのは、ベッドから車椅子、車椅子からトイレと乗り移る(移乗)ときだ。介護者は身体全体を支えなければいけないため、バランスを崩して転倒するリスクがある。特に従来の車椅子では椅子の構造なので、座る際に後ろに倒れ込むような状態となり、体重を預ける時に万が一の事態も起こり得る。そこでKeipuでは全く正反対の発想で、抱きかかえるように乗り込むスタイルにした。

椅子の高さも電動で変えられるのでベッドや便座などと高さを合わせることができ、利用者の移乗も楽になる。さらに移動も電動なので、介護者がいなくても自分の好きな場所に移動できるメリットもある。

「医療・介護ロボットのほか、大学や研究機関の依頼を受けて、除雪ロボットなども製作しています。弊社は典型的な少量多品種で、多くても50台、少ないときは1~5台というケースもかなりの割合であります」実は少量多品種であることが、3Dプリンターに向いているという。




FORTUS900mc

ABS樹脂(白色)


割高になる金型を簡易樹脂型で対応しコスト削減

会社設立と同時に導入された3Dプリンター。渡辺氏も入社して初めて3Dプリンターに触れる。

「会社に3Dプリンターがある最大のメリットは、すぐにつくれることです。『もうちょっとこうしたい』という場合、外に出すと時間もかかり、説明したりお願いする準備が必要だったりと手間もかかります。それらが一切不要なので、気軽に試せる。ストレスのなさは設計者にとってとてもありがたいことです」

実際に造形してみると、組み付けた際に思わぬ干渉があったりするため、問題点の洗い出しや、形状確認に3Dプリンターは欠かせないものになっている。また、ロボット製作を受託した際も、イメージの共有に3Dプリンターでつくった造形物を活用している。

「CADで見せてもなかなか形が伝わらず、かといってプラスチックを切削してつくろうとすると形状によっては反りが出てしまったり、コストや時間がかなりかかってしまいます。3Dプリンターで造形すれば、きちんと形が伝えられなおかつローコストで済むメリットがあります。開発初期段階から何度か見せ、ほぼ完成した段階でも見せます。こうすることで『こんなはずじゃなかった』という事態を防ぐとともに納期短縮にもつながっています」

少量多品種生産の同社に大きな恩恵をもたらしている3Dプリンター。

「5台以下の少量ですと3Dプリンターで部品そのものを制作し、20台ほどの小ロットであれば簡易樹脂型で部品制作することもあります。切削で部品を作ることを検討したこともありますが、局面や角が深かったりすると反ったりするため対応できないと言われ、複雑な形状の部品制作では3Dプリンターに分がありました」



オンデマンド生産サービス利用で超短納期案件を見事クリア

3Dプリンターを導入している同社でも、MSYSのオンデマンド生産サービスを利用している。

「23パーツをそれぞれ5セット造形する案件で、納期も迫っていました。当初は社内で造形する予定でしたが、計算してみると何百時間もかかってしまいどうしても間に合わない。そこで思いついたのがオンデマンド生産サービスでした。3Dプリンターが何台もある状況を想像していましたが、ワークサイズの大きい大型機(Fortus900mc)で一気に造形してもらい、無事納期に間に合わせることができました」

造形後にタッピング加工をしてネジ穴をつくってボルト締めをしたり、表面を研磨、塗装して完成品として使うこともある。また強度を出すために積層方向を考えたり、サポート材がなるべくつかないように、早く楽に造形できるように設計することもあるという。

「ロボットをコンパクトにするには、できるだけ隙間をなくしたい。3Dプリンターでつくった造形物の隙間にパーツを埋め込めるようにしたり、電子回路を壁面に貼り付けるようにすれば無駄もなくなるはずです。まだまだ改善の余地はあると思っています」と渡辺氏。

「今は『3Dプリンターありき』で設計する時代になりつつあります。3Dプリンターを活用してデザインの最適化を実現する、そんなロボットづくりの時代が、やってくると考えています」




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