製品設計・試作開発基礎知識ハンドブック〜図面や3Dデータがない？〜

製品設計・試作開発 基礎知識ハンドブック 図面や3Dデータ がない？ 現物からのリバースエンジニアリング・ 3Dスキャン活用ガイド 活用される場面 スキャン方式の違い データ化の流れ 精度と注意点

この資料について 「過去の図面や3Dデータが残っていない」「現物の部品から試作・復元を行いたい」――こうした課題を解 決する手段が、3Dスキャンを用いたリバースエンジニアリング（スキャンモデリング）です。この資料では 、現物をスキャンしてデータ化し、試作・製造につなげるまでの流れと、スキャン方式、精度の考え方、デ ータ化の際の注意点を、技術者向けにまとめます。 図面・データがない 現物から試作したい 既存品に合わせたい 古い部品や海外製品など、設計 手元の部品を基に、復元や改良 取り付け先の形状を測り、合う データが手元にない。 品の試作を行いたい。 部品を設計したい。 目次 1 リバースエンジニアリングとは P.3 2 3Dスキャンの方式 P.4 3 現物をデータ化する3つの工程 P.5 4 データ形式：点群・メッシュ・ソリッド P.6 5 精度の考え方 P.7 6 データ化の注意点 P.8 ✓ まとめ：データ化から試作・製造へ P.9 2 リバースエンジニアリング活用ガイド｜製品設計・試作開発

1 リバースエンジニアリングとは リバースエンジニアリングとは、完成した製品や部品の現物を調べ、その形状や構造を設計データとして起 こし直すことです。3Dスキャンで現物の形状を取り込み、図面や3Dデータとして復元することで、データ が残っていない部品も、補修・再製作・試作に使えるようになります。 現物 › 3Dスキャン › 3Dデータ › 試作・製造 活用される4つの場面 ① 旧製品の補修・再製作 ② 現物を基にした試作 図面や3Dデータが残っていない古い部品を、現 手元の部品やモデルを基に、改良品や派生品の試 物から復元して再製作する。 作品を作る。 ③ 既存部品に合わせた設計 ④ 現物と設計データの比較 取り付け先の形状をデータ化し、干渉や嵌合を確 製造した部品をスキャンし、設計データと重ねて 認しながら新しい部品を設計する。 形状のずれを確認する。 スキャンで得られるのは「現物そのままの形状」です。摩耗や変形も含めて写し取る点が、設計デ ータから作る場合との大きな違いです。 3 リバースエンジニアリング活用ガイド｜製品設計・試作開発

2 3Dスキャンの方式 現物をデータ化する方法は、大きく「非接触式」と「接触式」に分かれます。内部構造まで調べたい場合は 、X線CTスキャナを使うこともあります。 方式 測定方法 得意なこと 留意点 測定が速く、全体形状をまと 光沢のある面や黒い面は レーザー光や縞模様のパター めて取得しやすい。曲面の多 非接触式 、計測結果に影響しやす ン光を当て、その反射をカメ い部品に向く。ハンディ型な （光学式） い。機種の選定や前処理 ラで捉えて形状を取得する ら大型部品や動かせない対象 で対応する にも対応しやすい 接触式 寸法精度が高く、数値の信頼 測定に時間がかかる。や 先端のプローブを当て、位置 （プローブ・CMM 性に優れる。穴位置や直線部 わらかい対象は、測定時 を1点ずつ測定する ） の寸法確認に向く に変形するおそれがある 分解せずに内部の状態まで把 X線で外観と内部構造を取得 目的が内部構造の把握に X線CT 握できる。内部欠陥の確認や する 限られる場合に選ぶ 構造解析に向く 目的別の選び方 形状全体をデータ化して、試作に使いたい → 非接触式 特定の寸法を精密に確認したい → 接触式 内部の構造まで把握したい → X線CT 4 リバースエンジニアリング活用ガイド｜製品設計・試作開発

現物をデータ化する 3 3つの工程 現物を測定機でスキャンする 1 現物を測定機でスキャンし、3Dデータ（点群データ）を作成します。点群は、現物表 面の無数の点を座標で表したデータです。 ポイント：スキャン直後のデータには、周囲の物やわずかなズレによるノイズが含まれます。 スキャンデータを補正する（スキャンモデリング） 2 取得したデータからノイズを取り除き、欠けた部分を補うなどして、製作可能な状態 に整えます。必要に応じて、CADで扱える立体データへ作り直します。 ポイント：この工程の仕上がりが、後の製造精度を左右します。 3Dデータをもとに製造する 3 補正した3Dデータをもとに、3Dプリンタ・切削・射出成形などで試作品や製品を製造 します。 ポイント：データ化しておけば、目的に合わせて製造方法を選べます。 スキャンモデリングの範囲 現物をスキャンして得られる情報をもとに、形状を再現するのが基本です。歪みの補正や抜き勾配の追加な ど、現物にない設計上の編集は、別のモデリング作業として扱います。 5 リバースエンジニアリング活用ガイド｜製品設計・試作開発

データ形式： 4 点群・メッシュ・ソリッド 点群データ メッシュ（STL） ソリッド（STEP等） スキャン直後のデータ。現物 点群を三角形のポリゴンでつ CADで扱える立体データ。 表面の無数の点を、XYZ座標で ないだ、表面のデータ。 表したもの。 寸法や形状の変更がしやすく 3Dプリンタでの出力に使える 、切削加工や金型設計にも使 そのままでは、加工や編集に 。寸法の変更などの編集はし える。 使いにくい。 › にくい。 › CAD化（ソリッド化）の2つの方法 方法 内容 向いている場合 基準面に断面のスケッチを描き、押し出しや回転 作成後に寸法などを修正したい 断面の輪郭を基にする でソリッド形状を作る 場合 スキャンした表面に沿って面を作り、ソリッド形 現物の形を忠実に再現したい場 表面形状を基にする 状にまとめる 合 STLデータをそのまま「変換」しても、CADで自由に編集できるデータにはなりません。CADデー タが必要な場合は、別途モデリング（CAD化）が必要です。また、他のCADに取り込むと、作成履 歴が付かないことがあります。 6 リバースエンジニアリング活用ガイド｜製品設計・試作開発

5 精度の考え方 リバースエンジニアリングでは、「精度」という言葉が3つの意味で使われます。混同しやすいので、整理 しておきましょう。 測定解像度 測定精度 仕上がり精度 スキャナが現物の表面を、どれ 測定した値が、真の値にどれだ 最終的に製造した部品の精度。 だけ細かく捉えられるか（画素 け近いか。スキャナの性能や測 スキャンの精度に加え、データ 数など）。細かいほど、小さな 定環境に左右される。 の補正、製造方法、材料の収縮 形状も取得しやすい。 なども影響する。 精度に影響する主な要因 • 現物の状態（摩耗・変形・傷） • 基準面の取り方 • 現物の大きさ・重さ（スキャナの対応範囲） • データ補正の内容 • 表面の状態（光沢・黒色など） • 製造方法・材料（樹脂は成形時に収縮する） スキャナの「測定精度」が高くても、仕上がりの精度がそのまま同じになるとは限りません。 目的に必要な精度を、先に決めておくことが大切です。 7 リバースエンジニアリング活用ガイド｜製品設計・試作開発

6 データ化の注意点 ① 現物の状態 ② 見えない部分 摩耗・変形・錆・欠けがあると、そのまま再現さ 深い穴・内部・アンダーカットなど、スキャナが れる。本来の寸法（設計上の値）との差を確認す 届かない部分は取得できない。方式の選定や、分 る。 割しての測定で対応する。 ③ 表面の状態 ④ 設計意図 光沢のある面や黒い面は計測しにくい。前処理を 抜き勾配・公差・基準面といった設計の意図は、 行ったり、機種を選んだりして対応する。 現物からは読み取りにくい。補正や設計検討が必 要になる。 ⑤ データ形式 ⑥ 権利関係 用途に合う形式を選ぶ。3Dプリンタ出力ならSTL 他社製品などを複製する場合は、事前に権利関係 、CADでの編集や加工ならSTEPなど。 を確認する。 「何に使うデータか」「どの程度の精度が必要か」を先に整理しておくと、スキャン方式やデータ 形式の選定がスムーズになります。 8 リバースエンジニアリング活用ガイド｜製品設計・試作開発

まとめ：データ化から ✓ 試作・製造へ 現物 › スキャン・補正 › 3Dデータ データがあれば、目的に応じて製造方法を選べる 3Dプリンタ 切削 射出成形（試作型） 形状や組み付けを、短納期で 寸法精度を重視した試作をし 量産と同じ材料で、機能や強 確認したいとき たいとき 度を評価したいとき 依頼・検討の前に整理したい4項目 • 何に使うデータか（試作・補修・設計・検査） • 必要な精度（どの寸法をどの程度で） • 必要なデータ形式（STL、STEPなど） • 必要な個数と、製造する方法 図面や3Dデータがなくても、現物があれば「スキャン → 補正 → 製造」の順で再現できます 。まずは目的と必要な精度を整理するところから始めましょう。 9 リバースエンジニアリング活用ガイド｜製品設計・試作開発

PlaQuickのご紹介 PlaQuickとは 試作アルミ型を用いた射出成形による試作サービスです。現物の高精度3Dスキャン・データ化から、 アルミ型を用いた実際のプラスチック成形品の製造までを、ワンストップでサポートしています。運営 は、化学品専門商社の金森産業株式会社です。 3Dスキャンの対応スペックの目安 900万画素 0.01〜0.05mm Φ500mm／50kg ±0.1〜0.5mm 測定解像度 測定精度 対応サイズ上限 仕上がり精度の目安 ご利用の流れ 1 お見積り 2 ご発注・納期確認 3 スキャン 現物をお預かりし、実施可否・費用 ご発注前に納期をご確認。調整が必 測定機で現物をスキャンし、3Dデ ・工期をご案内。到着後、目安2営 要な場合は事前にご相談 ータを作成 業日以内に見積書を提出 4 スキャンモデリング 5 データ提出・修正 6 納品 取得した3Dデータを、製作可能な 3Dデータを提出。対象範囲内の修 ご承認後に納品。データ形式はSTL 状態に補正 正は1回無償（2回目以降は有償） ・パラソリッド（他形式は相談） スキャンから試作アルミ型成形まで、ワンストップで対応 お問い合わせ：info@plaquick.com ｜ https://www.plaquick.com/ 運営：金森産業株式会社（化学品専門商社） 10 リバースエンジニアリング活用ガイド｜製品設計・試作開発