3Dプリンターについて

3Dプリンターを使用した金型作成のメリットとは？詳しく解説

2023/07/31

3Dプリンターを用いて金型作成は可能でしょうか？実際には、硬くて造形が難しい金型でも3Dプリンターで作成することが可能です。では、金型作成とは一体どのようなものなのでしょうか？そして、3Dプリンターを使用した際のメリットについて詳しく解説いたします。

さらに、3Dプリンターを使用して金型作成を行う際の手順についても解説していきます。実際に3Dプリンターを使って金型作成を行う際には、注意点がいくつかあります。これらの点についてもしっかりと理解しておきましょう。

3Dプリンターを使用した金型作成とはどういうもの？

3Dプリンターを使用した金型作成は、従来の方法であるCNC（Computer Numerical Control）加工や鋳造などの代わりに、3Dプリンターを活用して金型を製作する手法のことです。この方法は、簡易なプロトタイプや小規模な生産に適しています。

一般的に、金型はプラスチックや金属などの材料を成形する際に使用される型のことです。金型作成の伝統的な方法では、CNC加工によって金属ブロックから削りだすなどの工程が必要で、コストや製造期間がかかることがあります。しかし、3Dプリンターを用いた金型作成では、デジタル3Dモデルを元に直接造形することが可能です。このため、より迅速かつ低コストで金型を製作できる利点があります。

3Dプリンターを使用した金型作成は、特に小規模な生産やプロトタイピングの場合に効果的です。デザインの自由度が高まり、低コストかつ迅速な製作が可能となるため、製品開発や製造プロセスの効率化に貢献します。ただし、用途によっては3Dプリンターを使用した金型作成の耐久性や性能に制約があるため、用途や要件に応じて適切な方法を選択することが重要です。

3Dプリンターを使用した金型作成の手順は以下の４ステップになります。

3Dモデルの作成
3Dプリンターによる造形
金型の後処理
成形プロセス

ステップ１：3Dモデルの作成

まず、金型に相当する部品の3Dモデルを専用の3Dモデリングソフトウェアで設計します。金型の形状や寸法、ディテールなどがこの3Dモデルに反映されます。

ステップ2：3Dプリンターによる造形

作成した3Dモデルを3Dプリンターに取り込み、プリンターで直接金型の造形を行います。選択した材料（一般的にはプラスチック）を積層して金型の形状を作り出すのです。

ステップ3：金型の後処理

3Dプリンターによる造形後、金型に仕上げや改善を加える必要な場合があります。表面の滑らかさを向上させるための研磨や加工、付加的な部品の取り付けなどです。

ステップ4：成形プロセス

3Dプリンターで作成した金型を用いて、成形プロセスを実行します。成形には一般的にプラスチックやシリコンなどが使用され、金型を介して材料を注入・圧縮することで、最終的な製品の形状を得ることができます。

3Dプリンターを使用した金型作成のメリット

3Dプリンターを使用した金型作成のメリットはあるのでしょうか？3Dプリンターを使用した金型作成には、以下の6つのメリットがあります。

複雑な形状の実現
迅速なプロトタイピング
低コスト
デザインの柔軟性
小ロット生産の効率化
低リスクの製品開発

複雑な形状の実現

3Dプリンターは、複雑な形状や幾何学的なデザインを容易に実現できる点が大きなメリットです。伝統的な金型製作では削りだす必要なため、複雑な形状の金型を製作する際には非常に手間がかかります。しかし、3Dプリンターを用いた金型作成では、デジタルデータから直接造形するため、複雑な形状も容易に製作できます。

迅速なプロトタイピング

3Dプリンターはデジタルデータから直接製品を造形するため、製作時間が短縮されます。これにより、迅速なプロトタイピングが可能となります。アイデアの検証や設計の修正を素早く行い、早い段階で製品の形状や機能を確認できるのです。

低コスト

伝統的な金型製作方法では、削りだし加工や鋳造にかかるコストが高いことがあります。一方、3Dプリンターを使用した金型作成は、材料のロスが少なく、製作にかかるコストを抑えることができます。特に小規模な生産やプロトタイピングの場合、低コストで製作が可能です。

デザインの柔軟性

3Dプリンターはデジタルデータを元に製品を造形するため、デザインの柔軟性が高まります。デザインの修正や改良を容易に行い、最新の要件に合わせた製品を製作できるのです。これにより、製品のカスタマイズやオーダーメイドにも対応しやすくなります。

小ロット生産の効率化

3Dプリンターを使用した金型作成は小規模なロットの製品生産に適しています。伝統的な金型製作は大量生産に向いていますが、3Dプリンターを用いた金型作成は少量からでも効率的に製品を生産できます。小ロットでの生産需要に応じる柔軟性を持っているのです。

低リスクの製品開発

3Dプリンターを使用した金型作成は低コストかつ迅速なため、製品開発の早い段階で製品のプロトタイピングを行えます。製品の形状や機能を検証し、問題があれば早期に改善することができるため、製品開発におけるリスクを軽減できるのです。

3Dプリンターを使用した金型作成を行う時の注意点

3Dプリンターを使った金型作成を行うことで、効率的なプロトタイピングや小規模な生産が可能となります。プリンターや材料の特性を理解し、目的に応じた適切な金型の設計と製作を行うことが重要です。3Dプリンターを使用した金型作成を行う際の注意点は以下の6つがあります。

材料の選定
レイヤーの見え方
サポート構造の考慮
熱に対する注意
寸法の精度
後処理と検証

材料の選定

金型は、プラスチックや金属などの耐久性が求められる部品を成形する際に使用されるため、3Dプリンターで作成する際にも、耐久性や耐熱性に優れた適切な材料を選定する必要があります。金型に適した素材を選び、プリンターがサポートしている材料か確認してください。

レイヤーの見え方

3Dプリンターによる造形は、薄い層を積み重ねるレイヤー造形が基本的な原理です。金型は高い精度が求められるため、レイヤーが見えることによる表面の粗さが問題になる場合があります。金型の用途や要件に合わせて、適切な造形解像度や後処理を行い、表面の仕上がりを確保してください。

サポート構造の考慮

複雑な形状の金型を製作する際には、サポート構造が必要になる場合があります。サポート構造が付いた箇所は後処理が必要となる場合があるため、サポート構造の追加や除去に注意してください。サポートを最小限に抑える設計やサポートの簡易的な除去方法を検討することで、後工程の負担を減らすことができます。

熱に対する注意

金型は高温に耐える必要がある場合があります。一部の3Dプリンターの材料は高温には弱いことがあるため、金型の用途に応じて適切なフィラメントを選択してください。また、プリンターの設定によっては、高温の環境での印刷時に注意が必要な場合もあります。

寸法の精度

金型の寸法は非常に重要です。3Dプリンターの精度により、金型の寸法に誤差が生じる可能性があるため、デザインの際に十分な余裕を持たせるか、精度が高い3Dプリンターを使用する必要があります。

後処理と検証

3Dプリンターで作成した金型は、製造後に適切な後処理を行う必要があります。表面の仕上げや寸法の確認、実際の成形テストなどを通じて、金型の品質を検証してください。特に実際の成形においては、材料の収縮や歪みを考慮した調整が必要です。

ここまで、金型作成の概要と3Dプリンターを使用した際の具体的なメリットについて解説してきました。さらに、3Dプリンターを用いて金型作成を行う際の注意点にも触れておりますので、しっかりと理解してからご利用ください。

3Dプリンターを使用することで、金型作成にはコストや作業時間など多くのメリットが得られることがお分かりいただけたかと思います。金型作成を検討する際には、オルテコーポレーションという企業がおすすめです。彼らは最適な3Dプリンターを選定するためのサポートを行っていますので、自社に合ったベストな選択が見つかるでしょう。一度相談してみることをおすすめします。