CASESTUDY 導入事例

工業デザイン＆製造

SLAプリンタを使用し、機械式時計の高精度プロトタイプを作成

Sinn Spezialuhren 社

2022.01.31 更新

時計とムーブメントは、正確な計測機器であると同時に、見栄えがよく、お客様の好みに合うものでなければなりません。2つの条件を両立させることは、必ずしも容易ではありません。

Sinn Spezialuhren社のプロダクトマネジメント部長であるPetra Möller氏と彼女のチームは、製品のアイデアを現実のモノにするという難題に常に直面しています。
そのために最近、SLA（ステレオリソグラフィー）3Dプリンタ「Form3」を使って、時計のデザインの試作を開始しました。

Form3で製作した時計の3Dプリントプロトタイプと完成品

Sinn Spezialuhren社は、約60年にわたり機能豊富な機械式時計の代名詞となっています。
パイロットやダイバー、ドイツ連邦警察のエリート戦術部隊GSG 9が着用するアビエーターウォッチからダイバーズウォッチ、クロノグラフ、ミッションタイマーまで、幅広い製品ラインアップを揃えています。
開発プロセスでは、時計のデザインは搭載したい機能に大きく影響されるため、それは度々チームにとっての課題となります。

3Dプリンタによるプロトタイプで製品開発を促進する

Nils Hunder氏はPetra Möller氏のチームで、時計のケース、ムーブメント、アームバンドの開発・設計に携わっています。このチームの仕事は、製品開発を連続生産まで推進し、全ての部門と協力することです。

時計の部品は小さいものが多く、部品の細部が時計の外観や機能に大きく影響します。時計のプロポーションは正しいか、ケースの形は腕になじむか、ストラップはケースにどう取り付けるのがベストか、など開発中には主要な疑問が生じます。

コンピュータやハンドメイドの製品図面では、最終製品を腕に乗せたときのリアリティが正確に伝わらないことがよくあります。製品開発を成功させるためには、量産に入る前にプロトタイプを作ることが非常に重要です。

技術的な図面と3Dプリントされた時計のモデルを比較するPetra Möller氏とNils Hunder氏

「試作品を早期に使用することで、無駄な投資や見当違いの開発を最小限に抑えることができます。」
-プロダクトマネージメント担当ペトラ・メラー氏

これまでSinn社は、試作品の製作を外部企業に委託していました。当初、時計のモデルはSLA3Dプリンタを使用した、合成樹脂から作られていましたが、非常に繊細で壊れやすいものでした。それは腕に装着する必要があるモデルには、適切な素材ではありませんでした。その後、ワックス状の材料を使用するFDM（Fused Deposition Modeling）方式の3Dプリンタに切り替えました。しかし、これはまだアルミニウムで鋳造する必要があり、非常に時間とコストがかかるものでした。「以前は、プロトタイプを使うのは開発のかなり後半になってからでした。CNCマシンのスタートボタンを押す前に、最後にもう一度時計を見るんです。」とフンデルは言います。

3Dプリントを内製化したいというチームの思いから、フンダーは長い間、Formlabs社の動向を追っていました。Form 1とForm 2の付加価値を十分に納得させられなかったものの、SLA 3Dプリンタの滑らかな表面品質に夢中でした。SLA技術では造形物を支えるためのサポート構造が必要な場合が多いので、洗浄可能なサポート構造と粗い表面を持つFDMプリンタが良い選択なのかどうか、長い間迷っていたのです。最終的にPetra Möller氏とNils Hunder氏は、Form 3の表面品質と簡単に取り外せるサポート構造を理由にForm WashとForm Cureの後処理ツールと共にForm 3を購入することにしました。それ以来、彼らの新しい低圧積層造形（LFS）プリンタは、プロトタイプの開発に定期的に使用されています。

Form 3を使用するNils Hunder氏

高精度なプロトタイプを一晩で3Dプリント

高精度レーザーにより、時計ケースのリューズに施された刻印や波型などの微細な形状の造形が可能です。時計ケースの造形には、ブラックレジンが適しています。積層ピッチは25ミクロンと細かいため細部まできれいに仕上がります。後処理はほとんど必要なく、後からエアブラシで好みの色に仕上げるなど、後加工も可能です。

「主にデザイン検討の時点でForm3を使用し、最初の試作品をできるだけ早く見て、時計のプロポーションや腕につけたときの感覚を理解します。」
-技術製品開発担当ニルス・フンデル氏

チームはForm Washの使用と、トリプロピレングリコールモノメチル（TPM）でプリントパーツを洗浄し、その後イソプロピルアルコール（IPA）ですすぐ工程が不可欠であることが判明しました。アームバンドには細かい溝があり、よく洗わないと二次硬化の際に溝が塞がれて樹脂で埋まってしまうことがあります。

この点を除けば、Sinn Spezialuhren社での3Dプリンタの導入は、子供の遊びのようなものでした。試作品やモデル開発の初期段階から3Dプリンタが活用されるようになりました。モデルは夜間にプリントされることが多いので、調整と反復試行を早い段階で行うことができます。

Form3の前にある時計の原型

Formlabs 3Dプリンタの材料は常に進化しているため、定期的に新しいアイデアの提案を受け、プロトタイピングで検証しています。例えば、今回開発した「Flexible80A Resin」は、腕時計のアームバンドに使われているシリコンと同じショア硬度を持つため、すでにこの材料を使って、シリコンのような試作品を3Dプリントしているそうです。