3Dプリンターについて

教育分野の立体模型作りに3Dプリンターが大活躍！

2024/08/26

授業の理解を深めるため、教育現場ではさまざまな立体模型が用いられます。しかし、教育機関向けの立体模型製作を行う企業は、少量多品種の注文や人材育成に課題を抱えているのが現状です。国産3Dプリンターの導入により、製造効率を大幅に向上させることに成功した事例があります。

K社は当初、選択肢が限られていたため海外製の高額な3Dプリンターを導入しましたが、フル稼働で故障が多発し、修理も時間と費用がかかるため、国産3Dプリンターに買い替えました。

国産機は精度と耐久性に優れ、1年間のフル稼働でも問題がなく、フィラメントの選択肢も広く、サポート体制も充実しています。これにより、K社は迅速な対応と作業効率の向上、在庫コストの削減を実現できました。

授業の理解を深める立体模型

立体模型は、授業の理解を深めるために、教育現場で幅広く活用されているものです。小中高では、算数、地理、化学の授業などに、大学では再生可能エネルギーの研究にも使用されています。

◇小学校

体積の計算式に立体模型を活用しています。幼い子どもにとって、平面に描かれた立体図をイメージするのは困難です。しかし、厚紙を使って多種多様の立体モデルを作成することで、形状の違いによる体積の違いと体積の計算の仕方が分かりやすくなります。

◇中学校

地理の授業で立体模型を使い、地形の構造の理解を深めています。例えば、火山の構造です。火山には、盾状火山、成層火山、溶岩ドームの3種類がありますが、それぞれマグマのねばり、石の色、噴火の様子が異なります。立体模型は、これらの違いを理解するのに有用です。

◇高校

立体模型は、化学の分野でも役立っています。特に、原子や分子の構造は、目に見えない極めて小さなもので、教科書の二次元の構造式から立体構造を想像することは難しいため、立体模型がよく活用されています。

◇大学

立体模型は、基礎的な知識を分かりやすくするためだけでなく、大学で行われる高度な研究にも採用されています。具体的な事例は、風車や潮流発電装置などを扱う再生可能エネルギーの研究です。実物を縮小した模型を使い、海に浮かべたり沈めたりすることでさまざまな状況を想定でき、実験の進行方法の検討する際に大活躍しています。

教育機関の立体模型を製作する業者の悩み

教育機関で使用する立体模型は、立体模型を製造する専門業者に依頼するのが一般的です。しかし、小・中学校向けの立体模型を製造していたK社は、製造方法に限界を感じていました。その主な理由は、注文が少量多品種であること、人材育成に時間がかかることのふたつです。

◇少量多品種の注文に対応しなければならない

教育機関で使用する立体模型は、少量多品種の生産が非常に多く、教科書に掲載されていると年間に10セットしか出荷されないものでも生産しなくてはなりません。多種多様な製品を生産すると、その分、必要な原材料や資材の種類が増えます。

K社が扱っていた立体模型は約400種類で、その部品数は約10,000点にも及びました。少量多品種の生産は、少品種大量生産と比較すると仕入れコストが高くなり、製造にも時間がかかります。

そのため、従来の木工加工や樹脂成形の製造方法では、コスト面と納期面で対応が難しい状況にあり、製造方法に限界を感じていました。

◇人材育成にも時間がかかる

従来の製造方法が困難な理由として、人材育成にも時間がかかることも挙げられます。熟練者の減少や従業員の高齢化が進むなか、多くの企業で有効な対策が取られていないのが現状です。

模型を製造する企業の多くも、技能や技術の伝承が進んでおらず、深刻な課題となっています。その理由は、立体模型製造はマニュアル化が難しいため、人材の育成に時間がかかるからです。

特に、少量多品種製品を扱う企業では、熟練者が作業に追われるようになり、若手を育てる暇がなくなるという負のスパイラルに陥っています。

国内メーカーの3Dプリンターを導入

少量多品種の製造に限界を感じていたK社は、高価な海外製の3Dプリンターを導入します。しかし、海外製はすぐに故障したため、機能性に優れ、フル稼働にも耐えられる国産の業務用3Dプリンターに買い替えました。

◇国産3Dプリンターを選択した理由

当時、業務用3Dプリンターは、選択肢が限られていたため、K社が導入したのは海外製の3Dプリンターでした。

海外製といっても高額でデザイン性にも優れていましたが、毎日8時間フル稼働させるとすぐに故障が発生してしまったそうです。アフターサービスもセンドバック対応のみで、修理を依頼しても約1カ月もかかり、費用も高額でした。

さらにフィラメントの価格も、現在の2倍から3倍以上であっため、修理ではなく国産3Dプリンターに買い替えることを選択しました。

国産3Dプリンターは、精度が高いだけでなく、部品が丈夫で耐久性に優れ、約1年間フル稼働しても、大きな問題は発生していないそうです。

◇導入した3Dプリンターの性能

K社が導入したのは、熱溶解積層方式3Dプリンターです。熱溶解積層方式とは、加熱されたノズルから溶かした材料を吐き出し、それを一層ずつ積み上げ造形する方式のことです。

K社が選んだ機種は、100ミクロンの積層レイヤーで、最大で20cm×20cm×17cmの造形ができます。フィラメントは、供給トラブルの少ないオープンリール方式のもので、純正・高品質で低価格のABS樹脂、PLA樹脂、SB樹脂から選ぶことが可能です。

フィラメント径も1.75mmと3mmに対応しています。日本語サイトのサポートと専用カスタマーセンターによるサポート体制が整っていて、安心して使えるのも魅力でした。

国産3Dプリンターで製作の効率がアップ

機能性の高い国産3Dプリンターの導入は、さまざまな利点をもたらします。例えば、たった1個の注文でも迅速に対応できるため、無駄な在庫を増やす心配がなくなり、在庫コスト削減の効果も期待できます。

また、図面に落とし込んだり、組み立て手順を考慮したりする必要がないため、作業効率がアップし製作時間を短縮することが可能です。

◇無駄な在庫を解消

在庫を多く抱えることは、廉価販売や廃棄による収益の悪化や、在庫維持費用が増加のリスクがあります。機能性の高い国産3Dプリンターは、複雑な形状の製品や部品でも必要に応じて1個から製造することが可能です。それにより、無駄な在庫を抱える必要もなくなり、在庫コストも削減できます。

◇サンプル制作の時間を削減

3Dプリンターによる試作は、図面に落とし込む必要がなく、組み立て手順も考慮しなくて済むため、手間なくサンプル制作ができます。切削加工や射出成型と比較して、製造時間が短く設計プロセスがスムーズに進み、手戻りを防止できるのも利点です。

K社も、取引先への新製品の提案やサンプルの迅速な作成で、外注先との打ち合わせも円滑になり、スピーディーでミスが少ないモノづくりを実現しています。

教育現場での立体模型の利用は、授業の理解を深めるために非常に効果的な手段として広く活用されています。

小学校では、体積の計算を直感的に理解させるために立体模型が使われ、子どもたちは抽象的な概念を視覚的に捉えやすくなります。中学校では、地形や火山の構造を立体模型で再現することで、地理の授業がより具体的で分かりやすくなり、生徒の興味を引き出します。

高校では、化学の授業において、原子や分子の複雑な構造を模型で表現することで、二次元の教科書だけでは理解しにくい立体構造を視覚的に学ぶことができます。

さらに、大学では、基礎知識を深めるだけでなく、高度な研究にも立体模型が欠かせないツールとなっています。特に再生可能エネルギーの研究では、風車や潮流発電装置などの実物を縮小した模型を用いて、実際の環境での動作をシミュレートすることができ、研究の精度と効率が向上します。

一方で、教育機関向けの立体模型を製作する企業は、少量多品種の注文や人材育成に関する課題に直面しています。少量多品種の生産は、従来の製造方法ではコストや納期の面で対応が難しく、特に熟練者の減少と若手の育成が進まない現状では、製造方法に限界を感じていました。

しかし、K社はこの問題を克服するために国産の業務用3Dプリンターを導入し、製造効率を大幅に改善しました。これにより、複雑な形状の部品でも必要に応じて1個から迅速に製造できるようになり、在庫コストの削減や製作時間の短縮が実現されました。

K社の取り組みにより、外注先との連携もスムーズになり、スピーディーでミスの少ないモノづくりが可能になったことで、教育現場への貢献度も一層高まっています。国産3Dプリンターの導入は、少量多品種の注文にも柔軟に対応できるだけでなく、人材育成にも時間を割けるようになり、企業全体の生産性向上に寄与しています。