3Dプリンターについて

造形物をつくる業務用3Dプリンターとは？仕組みと用途を徹底紹介

2023/12/24

業務用3Dプリンターは、精度・機能・価格の点で家庭用3Dプリンターと大きく異なります。業務用3Dプリンターは、高精度で特殊な材料や大規模なプロジェクトに適している一方、家庭用3Dプリンターは比較的安価で、小規模なプロジェクトや趣味に適しています。

業務用3Dプリンターは家庭用と用途が違う？

家庭用3Dプリンターと業務用3Dプリンターは、精度、価格、機能の面で大きな違いがあります。業務用3Dプリンターは高精度、特殊な材料、大規模なプロジェクトに適しています。

◇精度面の違い

家庭用3Dプリンターは一般的に精度が低いため積層面の段差が目立ちやすく、造形物の表面にざらつきが見られることがあります。精密な部品や高精度な造形が求められない用途で使用されます。

一方、業務用3Dプリンターは家庭用3Dプリンターよりもはるかに高い精度を提供します。ミクロン単位の滑らかな仕上げが可能で、量産に近い試作品の造形や高精度な機能部品の製造に適しています。

◇価格面の違い

家庭用3Dプリンターは比較的低価格で入手でき、数万円から数十万円程度が一般的です。趣味や教育用途で利用されています。

それに対して、業務用3Dプリンターは価格帯が非常に幅広く、数百万円から数億円に及ぶ製品もあります。価格は機能や材料の選択、規模によって大きく異なります。特定の用途に特化した機種もあり、用途を限定することで導入費用を抑えることができる場合もあります。

◇機能面の違い

家庭用3Dプリンターは、樹脂材料向けの印刷に特化した製品が多く、材料の選択肢が限られています。しかし、近年では金属材料に対応したモデルも登場しています。

業務用3Dプリンターの場合、幅広い種類の材料に対応しており、複数の材料を組み合わせた造形や、高機能材料（例: セラミック）に対応した製品もあります。また、自動化された加工プロセスや高度な制御システムを備えており、複雑なプリントジョブを実行できます。

家庭用3Dプリンターと業務用3Dプリンターは、精度、価格、機能の面で大きな違いがあり、用途や要求される品質に応じて選択する必要があります。業務用3Dプリンターは、高精度や特殊な材料、大規模なプロジェクトに適しています。

業務用プリンターの仕組みとは？造形物ができる原理

光造形、インクジェット方式、粉末石膏造形の3つの3Dプリント方式は、いずれも層状に材料を積み重ねて3Dオブジェクトを形成します。光造形はレーザーやUV光で樹脂を固め、インクジェット方式はインクジェットヘッドで液体または粉末の材料を吹き付けます。また粉末石膏造形はバインダーで粉末石膏を固定化します。

◇光造形の原理

光造形は、3Dモデルを層状に形成する方法で、通常の光硬化性樹脂を使用します。デジタルモデルのスライスから始まり、最初に3Dモデルはデジタルデータとして用意され、そのモデルを微細なスライス（薄い断層）に分割します。

次に、光造形機器にはレーザーまたはUV光源が組み込まれており、光源は樹脂の特定の地点に焦点を当て、光を照射します。この光源が樹脂の表面に照射されると、樹脂が固化（硬化）し、3Dモデルの一部が層ごとに形成されます。

それにより、3Dオブジェクトが層ごとに形成され、形成された層がプラットフォームに固定され、次の層の形成のためにプラットフォームが少しずつ下げられます。

これを繰り返すことで、完全な3Dオブジェクトが構築され、最終的には3Dオブジェクトが完成します。

完成した3Dオブジェクトは、余分な樹脂を取り除き、必要に応じてポストプロセス（後処理）を行い、仕上げられます。

◇インクジェット方式の原理

インクジェット方式の3Dプリンターは、インクジェット技術を使用して材料を積層して3Dオブジェクトを作成する方法です。

まず、3Dモデルがデジタルデータとして用意され、そのモデルは微細な断層に分割されます。次に、インクジェット方式の3Dプリンターにはインクジェットヘッドが備わっており、このヘッドは通常は液体または粉末の材料を微細なドロップレットとしてプリント対象の領域に吹き付けます。

吹き付けられたドロップレットは、材料の特性に応じて固化（硬化）するか、固定化されます。例えば、光硬化性樹脂の場合、紫外線光照射により硬化します。

形成された層はプラットフォームに固定され、次の層の形成のためにプラットフォームが微調整されます。これにより、3Dオブジェクトが層ごとに形成されます。

最終的に、3Dオブジェクトが完成したら、余分な材料を取り除き、必要に応じて後処理を行って仕上げます。

◇粉末石膏造形の原理

粉末石膏造形は、粉末状の石膏を積層して3Dオブジェクトを形成する方式です。

まず、3Dモデルがデジタルデータとして用意され、そのモデルは微細なスライスに分割されます。次に、3Dプリンター内で石膏粉末が平均的に均一に散布されます。

その後、スライスごとに必要な場所にバインダー（接着剤）がインクジェットヘッドを使用して吹き付けられます。このバインダーは粉末石膏を固定化させ、層ごとに形成します。

形成された層はプラットフォームに固定され、次の層の形成のためにプラットフォームが下げられます。

これを繰り返すことで、3Dオブジェクトが積み重ねられます。最終的に、3Dオブジェクトが完成したら、余分な石膏粉末を取り除き、必要に応じて表面を仕上げて完成させます。

業務用プリンターで造ったものはどこで使われる？

業務用3Dプリンターは、食品、ファッション、靴、工業、建築、医療、研究など、さまざまな分野で活用されています。

◇食べ物・洋服・靴

業務用3Dプリンターは、食品分野、ファッション分野、および靴産業でさまざまな用途に使用されています。

食品では3Dプリンティング技術を使用してカスタマイズされた菓子やチョコレート、クッキー、パスタ、ケーキなどが造形されています。顧客に合わせたデザインや栄養価の調整が可能です。

ファッション業界では、3Dプリント技術を用いて衣服やアクセサリーが製作されています。特に、デザイナーが複雑な構造や幾何学的なデザインを実現するために利用されています。

靴産業では、足の形に合わせたカスタムフィットの靴の製造に3Dプリント技術が用いられています。快適な履き心地やパフォーマンス向上が期待されています。

◇工業・建築分野

業務用3Dプリンターは、工業分野および建築分野で幅広く使用されています。

工業分野では産業設計や製品開発において、プロトタイプを迅速に製作できます。部品や機械部品の試作、性能評価に使用されています。

建築業界では、大規模な構造物や建築要素（壁、柱、梁）を3Dプリントすることが試みられています。建設プロセスの効率向上や設計の柔軟性の向上に貢献します。

また、金属粉末を使用した3Dプリンティングは、工業分野で金属部品の製造に利用されており、航空宇宙、自動車、エネルギー産業などで活用例があります。

◇医療分野

医療分野では患者の体に合わせたカスタムプロテーゼや義肢の製造に使用されています。これにより、患者に合った快適な装具を提供できます。

また、外科医や医学生のために外科手術のシミュレーションモデルを作成し、手術技術の訓練に役立てられています。

その他にも生体内に埋め込む具材やインプラントのカスタマイズに使用されます。例えば、歯科インプラントや骨に取り付ける部品などがあります。

◇研究分野

材料科学者は3Dプリント技術を使用して新しい材料の評価やテストを行います。これにより、新たな材料の開発が可能です。また、研究プロジェクトでは、試作品や研究ツールの製作に3Dプリンターが活用されています。

さらに医学研究では、生体模型や器具の製作に3Dプリンティングが使用され、研究プロセスの支援に役立てられています。

業務用3Dプリンターと家庭用3Dプリンターは、精度、価格、機能の面で大きな違いがあります。業務用3Dプリンターは高精度で、特殊な材料や大規模なプロジェクトに適しています。精度面では、家庭用3Dプリンターは一般的に低い精度で、積層面の段差やざらつきが見られることがあり、精密な部品や高精度な造形には向いていません。一方、業務用3Dプリンターはミクロン単位の滑らかな仕上げが可能で、量産に近い試作品や高精度な機能部品の製造に適しています。

価格面では、家庭用3Dプリンターは比較的低価格で入手でき、数万円から数十万円程度が一般的です。趣味や教育用途に利用されています。一方、業務用3Dプリンターは価格帯が非常に幅広く、数百万円から数億円に及ぶ製品もあります。価格は機能や材料の選択、規模によって大きく異なり、特定の用途に特化した機種もあります。

機能面では、家庭用3Dプリンターは主に樹脂材料向けに設計されており、材料の選択肢が限られています。しかし、近年では金属材料に対応したモデルも登場しています。業務用3Dプリンターの場合、幅広い種類の材料に対応し、複数の材料を組み合わせた造形や、高機能材料（例: セラミック）に対応した製品もあります。また、自動化された加工プロセスや高度な制御システムを備えており、複雑なプリントジョブを実行できます。

業務用3Dプリンターは、食品分野から医療分野、工業分野、建築分野、研究分野までさまざまな用途で使用されています。食品分野ではカスタマイズされた菓子やチョコレート、ファッション業界では衣服やアクセサリー、靴産業ではカスタムフィットの靴の製造に活用されています。工業分野ではプロトタイプの製作や高精度な部品の試作に、建築分野では建築要素の3Dプリントに、医療分野ではカスタムプロテーゼや義肢の製造に使用されており、研究分野でも新しい材料の開発や試作品の製作に役立っています。