デジタルファブリケーション

デジタルファブリケーションとは，３D CADや３Dプリンターなどのデジタル技術を活用したものづくりの事です。

学校教育で活用できる無料の３D CADや安価な３Dプリンターが登場し，さらにGIGAスクール構想によって小中学生１人１台のPC環境が実現したことから，学校教育での活用の幅が広がりつつあります。

当研究室では，学校教育で活用できる安価な３Dプリンターを中心に環境を整備し，教員を目指す学生の育成や３Dプリンターを活用した教育に関する研究を推進しています。

デジタルファブリケーションの概要を説明したパンフレットはコチラからダウンロード可能です。

３Dプリンターを利用したものづくりの手順

①設計

　設計は３D CADを利用します。CADとは「Computer Aided Design」の頭文字をとったもので，「キャド」と読みます。

　無料で利用可能，かつ，小中学生でも利用できるものとしては，XYZプリンティング社の「XYZ maker 3DKit」やAutodesk社の「thinker cad」などがあります。どちらも簡単なマウス操作のみで設計可能ですし，「thinker cad」はwebベースですので，端末のosに関係なく利用可能です。さらに，「thinker cad」は教師が生徒のデータを管理する機能も備えていますので，教育機関では重宝されます。

　本格的に設計したい場合にはAutodesk社の「Fusion360」などがあります。学生や教員は無料で使用できる場合もあります。

②スライス

　３D CADで設計したデータを３Dプリンターで制御可能なGコードに変換する作業です。汎用のスライサーソフトもありますが，XYZプリンティング社など専用のスライサーソフトが付属されている場合もあります。小中学生に扱いやすいシンプルで日本語にも対応したものもあります。

　しかし，今の所，スライサーソフトの多くはWindowsかMac OS対応のものがほとんどで，学校に広く導入されているChromebook対応のものは，まだ無いようです。

③出力

　３Dプリンターには，個体の樹脂（フィラメントと言います）を熱で溶かして積み重ねる「熱溶解積層方式（FDM)」と，液体状の樹脂に紫外線やレーザーを当て，光の当たった所が固まる「光造形方式（SLA）」などがあります。以下にそれぞれの特徴を記しますが，あくまで当研究室にある３Dプリンターの場合でありますので，当てはまらない場合もありますのでご承知おきください。

●熱溶解積層方式（FDM)

〔長所〕

手軽に印刷でき，機器のメンテナンスも容易

ABS，PLAなど出力できる樹脂が豊富

子どもでも扱える簡単な操作性

〔短所〕

形状によっては出力に時間がかかる

出力して，ガッカリするような仕上がりになる場合もある

樹脂が熱で収縮するため，精度が劣ったり，出力に失敗することもある

●光造形方式（SLA)

〔長所〕

FDMと比べると高精度な出力が可能

形状によってはFDMより高速出力可能

水洗いレジンを利用すれば，後処理がとっても簡単でこどもでも扱うことができる

〔短所〕

樹脂の後処理が大変（水洗いレジンを除く）

同一価格帯ならFDMの方が大きいものを出力可能

機器のメンテナンスが必須

④後処理

　出力するときに，「サポート」「ラフト」といった補助部分が一緒に出力されますので，ニッパーやヤスリ等で除去する必要があります。

また，SLA方式の場合は，洗浄と二次硬化が必要ですが，キュアリングマシンという二次硬化に使う専用の機械もあります。

これらの仕上げ作業を経て完成となります！