3Dプリンターについて

業務用3Dプリンターの製造方法～導入に必要なものや広がる用途について

2023/11/28

業務用3Dプリンター導入にあたり必要なもの

業務用プリンターの導入をする際には、少なくとも以下の3つが必要です。これらは個人用の3Dプリンターでも最低限必要な設備です。
業務用として本格的に利用する場合は、サポート材を取り除く機械やUPSのような安全装置を導入することも、業務用としての効率性を高めるためには重要です。

3Dプリンター本体

業務用で利用する場合、大型のものを使うことがありますが、設置位置や空調の条件などの検討が必要なため、導入前に確認しておきましょう。

3Dプリンターにはさまざまなタイプがあります。例えば、”熱溶解積層”（FDM）方式は、熱でプラスチック材料を溶かして層を形成します。一方、”光造形”（SLA）方式では、液体樹脂を光で固めて造形します。各方式は特有の利点と制約があり、用途によって選択する必要があります。
目的、用途と一致しているものを選んでください。

3Dデータを扱うソフトウェア

3Dプリンターで造形するためには、印刷する3Dデータが必要です。そのため、造形物の3Dデータを扱うことができるソフトウェアが重要となります。3Dデータを入手する方法は3つです。

3D-CADを使って一からモデリングする方法

自由に設計できますが、ソフトの使い方に慣れておく必要があり、造形物のできも熟練度に左右されてしまう部分です。

3Dプリンターの造形において、最も重要かつ難しいポイントですが、必ずしも最初から作成する必要はありません。

3D-CADデータを3Dに変換する方法

2Dデータはよく使われていますので、3Dデータに変換するだけで入手可能です。
ただし、3Dデータへの変換時に3D形状がうまく変換されない場合もあります。
変換後のデータをチェックし、手直しが必要です。

その他

既に配布されている3Dデータを使う、現物を3Dスキャンしてデータとして取り込む、3DCGを使うなど、ほかにも3Dデータを作る方法はあります。
配布データの流用やスキャンでは、詳細に作れない場合もあるので仕様用途に応じて選ぶのが重要です。

STLやOBJファイルに変換するソフト

3Dデータはそのまま印刷できないため、STLやOBJといった、3Dプリンターが理解できるファイルに変換する必要があります。
ただし、STLファイルなど、設計ソフト上では一見問題ないように見えても、立体として完成していない場合や厚みが0として扱われている場合などがあります。3Dデータに不備がないかどうか、この時点で見直しが必要です。

その後、造形ツールパスデータに変換し、3Dプリンター専用のソフトウェアで読み込ませます。スライスソフトや設計ソフトは、3Dプリンターに同梱されている場合が多いため、別に用意しておく必要性は少ないでしょう。

業務用3Dプリンターの製造方法と流れ

実際に3Dプリンターを利用した部品を製造するプロセスをご紹介します。

3Dデータの作成

3Dデータが扱えるソフトウェアで、対象となる造形物を作成します。より詳細に設計したい場合は、3DCADを使って最初からモデリングすることをおすすめします。
ただし、3DCADを正しく扱える知識と技術がいるので注意しましょう。

STLファイル出力・検証

3DデータをSTLファイルに変換・出力します。STLファイルに出力する際には、データ上あり得ても実際には使い物にならないレベルの不整合が発生することがあります。次に進む前に、きちんとチェックしましょう。

造形ツールパスデータへ変換

3Dプリンターに合わせた設計ソフトで専用のデータ形式へ変換します。設計ソフトでは、プリンターのノズルの動き、速度などを細かく調整することができます。

3Dプリントの造形

造形ツールで設定したパラメータとデータに従い、印刷が実行されます。サイズにもよりますが、印刷には数時間～数十時間かかるのが一般的です。

サポート材の除去、後処理

3Dプリンターを造形するには、サポート材とよばれるものが必ずついています。印刷時の造形物の耐久性をあげ、印刷を補助する役割をもつものです。出来上がった後には不要になるので、手や道具を使って、サポート材を除去します。

仕上げ加工

造形物に必要な場合は、塗装・研磨などの仕上げ加工を行います。

製造業における業務用3Dプリンター導入のメリット

国内の製造業において、3Dプリンターを業務用に導入する障壁となっていたのは、品質の安定性といった問題でしたが、品質以外の面でもメリットがあります。

治具や検査器具の作成

3Dプリンター導入におけるメリットのうち、生産効率の向上は最も期待できる内容です。製造業におけるそれらは、治具や検査器具の作成という面で有効といえます。

生産ラインのここにこれがあったらな、という希望を叶えることができます。常識にとらわれないアイディアを実現できるのも、自由な設計と試作が可能な3Dプリンターならではの利点といえるでしょう。
品質の安定性が問題視される一方で、3Dプリンターの活用で改善した例もあります。

部品品質の向上

アメリカの企業では、複数のパーツからなる部品を一つひとつ手作業で作成しているケースがありました。作業者のスキルによって完成品の品質が異なる点が課題としてありましたが、3Dプリンターを活用してひとつのパーツとして製造することで、品質の安定化を可能にしました。

業務用3Dプリンターの導入には、3つの要素が必要です。一つ目は業務用3Dプリンター本体を選択し、設置条件を確認すること。プリンターは異なるタイプがあり、用途に合わせて選択する必要があります。

次に3Dデータを作成し、編集するためのソフトウェアが必要です。これにより、印刷するオブジェクトの設計が可能となります。最後に3Dデータをプリンターで印刷可能なフォーマット（例：STL、OBJ）に変換するソフトウェアが必要です。これにより、プリンターが理解できる形式でデータを送信できます。

業務用3Dプリンターの導入プロセスには、データの作成、ファイルの変換、印刷、サポート材の取り外し、仕上げ作業などが含まれます。プリンター導入には品質向上や生産効率の向上など多くのメリットがあります。

その用途により必要な準備や、最適な業務用3Dプリンターが変わってきます。それぞれのメリットを理解した上で最適な業務用3Dプリンターを検討しましょう。