3Dプリンターとは

3Dプリンターとは、3DCADや3D CGなどから作成された3Dモデルをもとに、断面形状を積層し、立体造形を行うことができる機械のことである。

従来の部品の製造方法である、様々な工具を用いて材料を切削して成型する切削加工法と比較すると、納期やコストを抑えることができることや、今まで作成することが難しかった中空構造やアセンブリ状態の造形ができることがメリットとしてあげられる。

使用する材料やプリンターによって造形物の強度や精度が大きく変わるため、利用目的に合わせて材料やプリンターを選定する必要がある。

造形方式

造形方式に応じて、強度や特徴が異なる。代表的な造形方式を紹介する。

熱溶解積層方式

熱で溶かした樹脂をノズルから押し出し、積層させることで造形する。耐久性や耐熱性が高く、様々なプラスチックを使えることから試作品を作成するのに適している。

積層の断層が目立ちやすく、表面が滑らかになるような造形には適していない。また、サポート材を造形後、手作業で除去する必要があるプリンターもある。

光造形方式

液体性の光硬化性樹脂に紫外線を照射することで、一層ずつ積層して造形する。高精細で滑らかな造形物を作成することができる。

材料の強度が弱く、変形してしまう可能性がある。光造形装置は大型で高価であることが多く、導入に対する障壁が高い。

粉末焼結積層方式

粉末状の素材に対し、レーザーを照射し焼結させることで造形する。金属材料での造形も可能である。

ざらついた表面になるため、滑らかさや光沢のある造形には向いていない。急激に冷却するとそりが発生するため、冷却に時間がかかる。

活用方法

試作

製造業ではデザインや機能を検証する際の試作品として3Dプリンターで造形を行っている。

比較的安価で1点から作成できるため、検討段階で形状が定まっていない部分も気軽に試作を行うことができる。

物流

各工場や顧客先、さらには個人の自宅に3Dプリンターを設置すれば、必要なパーツの3Dデータをやり取りすることで、どこでも造形することが可能になる。

あるパーツが必要になった時、今まで工場から倉庫を通じて顧客まで配送していた分の配送料や、在庫パーツを保管していたスペースの削減につながる。

マスカスタマイゼーション

実際に量産工程で活用されるようになれば、3Dプリンターはマスカスタマイゼーションに適した製造方法と言える。顧客それぞれが要望する形状を作成することができるためだ。

個人のデータと紐づけることで、義足や義手など体に直接取り付けるものもその人に合わせた一点ものを作成することができる。

課題

加工時間

精度が高いものや、形状が複雑なものを作ろうとすればするほど加工時間はかかってしまう。

加工時間を早くしようと、ノズルやテーブルの速度を上げようとすると、加工精度が下がってしまう。

精度

熱を利用した造形方法のため、熱膨張や熱収縮が大きく、切削加工や金型成型と比較すると、精度や耐久性が低い。

表面精度も造形方式によっては低いものもあるため、追加工が必要になることもある。

大きさの制約

装置の大きさによって造形できる大きさが決まってしまう。さらに大きいサイズのものを作成するためには、分割して造形し、造形後に組み立てるしかないため、強度が低下してしまう可能性がある。

3Dプリンターの現状

［参考記事］
ここまでできる、３Dプリンティングでの製造　－ストラタシス・ジャパン　代表取締役社長　片山氏インタビュー

材料の開発やデータの改良が進むことで、より精密な造形を行うことが可能になっている。

トライアンドエラーを繰り返すことで、製造方法を大きく変えるようなイノベーションを起こすことが可能になる。

小畑俊介

大学卒業後、メーカーに勤務。生産技術職として新規ラインの立ち上げや、工場内のカイゼン業務に携わる。2019年7月に入社し、製造業を中心としたIoTの可能性について探求中。