3DNURBSモデリングソフト「Rhinoceros」による、整形外科用シューズの革新

3D プリントと計算設計による、足跡情報モデリングの考察

株式会社システムクリエイト

2025年1月20日 15時26分

株式会社システムクリエイト（本社：大阪府東大阪市荒本新町、代表：川上正義）は、3DNURBSモデリングソフト「Rhinoceros（ライノセラス）」で、Grasshopper（ビジュアルプログラミングツール）を使って、整形外科用シューズの設計手法に革新をもたらした事例をご紹介します。

整形外科用靴の世界では、伝統的な手作りの技法が長い間標準でしたが、デジタル技術が状況を変え始めています。この変革を牽引する最も革新的なアプローチの 1 つが、靴エンジニアのDaniel Petcuが考案した Pedorthic Information Modeling (PIM) です。建築における Building Information Modeling (BIM) にヒントを得た PIM は、パラメトリック設計の原理を整形外科用靴の作成に取り入れ、3D プリントを使用して、機能的でスタイリッシュな靴をより効率的かつカスタマイズ可能でアクセスしやすい方法で設計します。

足病情報モデル（PIM）の誕生

PIM は、伝統的な職人技とデジタル製造の機能を融合したいという Petcu 氏の願望から生まれました。RhinoとGrasshopper を使用して、Petcu 氏は整形靴のデジタルモデルを開発し、その美的、機能的、物理的特徴を捉えました。ここでの重要なイノベーションは、比類のない精度でデジタルで靴をデザインする機能で、整形靴市場の一般的な問題である、見た目が魅力的でないという理由で患者が処方された靴を拒否することが多いという問題に対処しています。

グラデーション剛性と Grasshopper ツール

グラデーション剛性により、従来のスライス方法による中断なしに、剛性を継続的に変更できます。これは、特定の領域で圧力を軽減する必要がある医療用フットウェアを作成するために不可欠です。3D プリントの G コードは Grasshopper で処理されるため、Petcu 氏は靴のコンポーネントの剛性を設計コードから直接制御でき、快適性と機能性の両方が最適化された靴が完成します。

Petcu 氏は当初、伝統的な方法が根強く残っており、デジタルツールは威圧的なものとみなされていた整形外科コミュニティから抵抗を受けました。しかし、彼は、患者のためにより良い解決策を見つける必要性に駆られ、特に特殊な履物なしでは歩けない患者の症例を見てから、その思いは強まりました。この経験により、複雑な医療課題を解決する 3D プリントの可能性に対する彼の信念は強まりました。

懐疑的な見方にもかかわらず、彼は医学的知識と技術的専門知識を組み合わせることで、伝統的な靴作りとデジタル製作の間のギャップをうまく埋めることができました。彼の研究は、3D プリントが整形外科用靴の設計と製造に革命を起こす可能性を強調しています。

PIM の主要要素

PIM はデジタル設計だけではありません。生産プロセスも最適化します。主な要素は次のとおりです。

パラメトリック設計とカスタマイズ:圧力ポイントや足の構造などの主要なパラメータを調整

精密な 3D プリント:Gradient Stiffness コードで、ミッドソール等のパーツが快適性の為に最適化

素材イノベーション:TPU 85A /TPU 64D、VarioshoreTPUProsthetic 等 Ultrafuse®TPU素材活用

生産の合理化:プロセスの効率と信頼性が向上、コストが削減され、品質管理が向上

患者の関与と満足度:色や質感を選択でき、満足度が向上

将来を見据えて：PIM の将来

Petcu 氏の研究は、OTWorld や FootPRINT3D などのイベントで国際的に認められています。彼の PIM アプローチは、機能性、快適性、スタイルを兼ね備えたカスタム医療用フットウェアの未来を切り開きます。この分野が進化するにつれ、Petcu 氏は PIM をさらに改良し、シャルコー・マリー・トゥース足などの複雑な症状に対処したいと考えています。

Petcu 氏は、パラメトリック設計と 3D プリントの普及には、特に教育カリキュラムにおいて、専門家がテクノロジーを捉える方法を変える必要があると考えています。計算ツールを採用することで、将来の設計者は複雑な患者のニーズにうまく対応しながら、業界を発展させ続けることができます。

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システムクリエイトは、ものづくり企業向けのソリューションプロバイダーとして、3Dプリンターや3Dスキャナーなどの3Dツール、工作機械の販売からCAD/CAMなどのソフトウェア、技術サポート、トレーニングまで幅広くご提供しています。また、加工・造形の知識を活かして、受託造形のご相談もお受けしています。