3Dプリンターとは

概要

3Dプリンターは、製造業では古くから使われていましたが、最近では造形方法の多様化・マテリアルの多様化により、用途に広がりを見せています。従来の用途であるRapid Prototyping(試作の迅速化)に加えて、応用としてRapid Tooling(型や治具を作る)や造形物をそのまま実用品として利用する
Rapid Manufacturingへと展開が広がっています。
3Dプリンターでは、3D-CADや3D CGのデータを元に一層一層、材料を積層していき造形物を製作します。造形方式には数種類の方式があり、方式ごとに使える材料や造形物の特性は異なります。3Dプリンターの導入を検討される際にはまず、どの造形方式が想定している用途に適しているのかを確認する必要があります。

方式

代表的な造形方式
方式 強度 微細性・審美性 造形速度 必要付帯設備
材料押出堆積法/FDM
高い耐久性や耐熱性を得やすいので、試作品や治具、簡易型の造形などに適しています。
× なし
マテリアルジェッティング
高精細でなめらかな表面のモデルを造形しやすく、精度が求められる造形物の出力に力を発揮します。
× 空調設備・洗浄装置
バインダージェッティング
造形速度に優れた造形方式。着色が容易なため、デザインの確認やフィギアの作成などに向いています。
× × 粉塵対策
粉末焼結積層造形(SLS)
耐久性のある造形物を製作でき、金属素材も使用可能なので、最終製品や鋳型の製造に適しています。
× [金属]
×
[樹脂]
不活性ガス用の設備
光造形(SLA)
もっとも古くからある方式で、高精細かつ表面の滑らかな造形物を作成することが可能です。
空調設備・洗浄装置

※環境や機種によって必要な付帯設備が変わる場合があります。

 

熱で溶かした樹脂で造形する安全&エコなシステム 『材料押出堆積法/FDM』

主に熱で溶かした樹脂をノズルから押し出し、積み上げてモデルを造形します。高い耐久性や耐熱性を得やすいので、試作品や治具、簡易型の造形などに適しています。反面、素材を溶かして積み上げていくため、断層が目立ちやすいとうデメリットがあり、表面の滑らかさが求められる造形物の出力には向きません。
特徴
メリット ・プラスチック製部品とほぼ同等の強度の造形ができる
・カラーバリエーションが多く、カラフルな造形ができる
・取扱いが容易で設置場所を選ばない
デメリット ・積層の断層が目立ちやすく滑らかな表面は造形できない
・安価な機種の場合はサポート材を手作業で除去する必要がある
素材 ABS、PC、PC/ABS、PPSU、PLA
  • 画像:材料押出堆積法(FDM)方式図(詳細)
  • 画像:材料押出堆積法(FDM)方式図(全体)
  • 画像:FDMで出力した造形物
 

インクジェットにより優れた表面仕上げを実現 『マテリアルジェッティング』

インクジェットヘッドから噴射した樹脂を、紫外線で固めて積層する方式です。高精細で滑らかな表面のモデルを造形しやすく、精度が求められる造形物の出力に力を発揮します。機種によっては複数の素材を選択し、混ぜて使うことも可能。紫外線で硬化する樹脂を使う特性上、造形物は太陽光での劣化が起こりやすくなります。
特徴
メリット ・複数素材を混ぜることで、多様な硬度の造形ができる
・複数素材を混ぜることで、さまざまな色の造形ができる
・比較的高精度な造形ができる
デメリット ・太陽光で劣化が起こる
・耐久性が低い
素材 光硬化性樹脂、ワックス
  • 画像:マテリアルジェッティング 方式図(詳細)
  • 画像:マテリアルジェッティング 方式図(全体)
  • 画像:マテリアルジェッティングで出力した造形物
 

液体結合剤と粉末によるスピード造形 『バインダージェッティング』

インクジェットヘッドから液体状の結合剤を噴射し、粉末を一層ずつ固めていきます。
結合剤の色を変えることで、粉末を容易に着色できるため、デザインの確認やフィギアの製作などに向いています。また、造形速度が速いこともバインダージェッティングの特徴です。
特徴
メリット ・色のついた結合剤を複数混ぜることでフルカラーの造形ができる
・造形速度が速い
サポート材の除去が不要
デメリット ・表面がざらついた感じの造形物となる
・耐久性が低い
素材 石膏パウダー、樹脂パウダー
  • 画像:バインダージェッティング 方式図(詳細)
  • 画像:バインダージェッティング 方式図(全体)
  • 画像:バインダージェッティングで出力した造形物
 

粉末を焼き固めて鍛造に匹敵する強度を獲得 『粉末焼結積層造形(SLS)』

 
粉末状の素材にレーザーを照射して焼結させる方式で、耐久性のある造形物を製作できます。また、金属素材も使用可能なので、最終製品や鋳型の製造にも用いられます。
特徴
メリット ・高精細、高耐久な造形ができる
・鍛造に匹敵する造形ができる(金属の場合)
サポート材が不要(樹脂の場合)
デメリット ・表面がざらついた感じの造形となる
・サポート材除去作業が必要(金属の場合)
・装置や付帯設備及び運用コストが高価
素材 ナイロン、金属
  • 画像:粉末焼結積層造形(SLS)方式図(詳細)
  • 画像:粉末焼結積層造形(SLS)方式図(全体)
 

レーザー&光硬化性樹脂で高精細なモデルを作成 『光造形(SLA)』

液体状の光硬化性樹脂を、紫外線レーザーで一層ずつ硬化させて積層していく方式です。高精細かつ表面の滑らかな造形物を作成することが可能です。
特徴
メリット ・微細で高精細な造形ができる
・表面が滑らかな造形ができる
デメリット ・太陽光で硬化が進み、壊れやすくなる
・洗浄などの後処理に手間がかかる
・装置や材料コストが高価
素材 熱可塑性樹脂ライクな光硬化性樹脂、セラミックなどのフィラーの混入が可能
  • 画像:光造形(SLA)方式図(詳細)
  • 画像:光造形(SLA)方式図(全体)