3Dプリンターについて

業務用3Dプリンターの造形方式とは？特徴や適切な選び方を解説

2024/01/23

業務用3Dプリンターの造形方式や材料に関する選択は、プロジェクトの成功に大きな影響を与えるため、慎重に行う必要があります。こちらでは、主要な業務用3Dプリンターの造形方式を紹介し、それぞれの特徴や適切な選び方について詳しく説明します。主に、MEX/材料押出法、光造形（レーザー方式）、マテリアルジェッティングといった造形方式に焦点を当てて解説します。

業務用3Dプリンターの造形方式を紹介

業務用3Dプリンターは、さまざまな造形方式を利用してオブジェクトを造形するための高度な製造装置です。それぞれの造形方式には独自の特徴や利点があり、用途や要件に応じて選択することが重要です。以下では、主要な業務用3Dプリンターの造形方式について紹介いたします。

◇MEX/材料押出法

MEXまたは材料押出法は、3Dプリンターの中でも最も一般的な方式の1つです。この方式では、フィラメントと呼ばれるプラスチック製の材料を加熱し、ノズルから押し出して積層していきます。

積層された材料が冷却されると、3Dオブジェクトが形成されます。この方式は、Fused Deposition Modeling（FDM）やFused Filament Fabrication（FFF）とも呼ばれます。

MEXは簡単で使いやすく、幅広いプラスチック材料を使用できます。オープンソースの3Dプリンターも多く、多くの用途に適しています。

◇光造形（レーザー方式）

光造形方式は、レーザーや光線を使用して、液体や粉末の材料を層状に硬化させていく方式です。この方式にはいくつかのバリエーションがあり、主にSLA（StereoLithography Apparatus）、DLP（Digital Light Processing）、CLIP（Continuous Liquid Interface Production）などがあります。

光造形方式は高精度で複雑な構造を作成できます。光硬化性の材料を使用し、非常に細かい詳細を表現できます。医療やジュエリー産業、プロトタイピングなどで使用されます。

◇マテリアルジェッティング

マテリアルジェッティング方式は、液体状の材料を細いノズルからドロップレットとして吐き出し、紫外線光で硬化させていく方式です。これにより、層状の3Dオブジェクトを形成します。

マテリアルジェッティングは高い解像度と精度を提供し、多彩な材料の組み合わせが可能です。プロトタイピング、製造、プロダクトデザインなどで使用されます。

業務用3Dプリンターの正しい選び方とは

画像出典先：stratasys_f770 | リコー

業務用3Dプリンターを選ぶには、多くの要因を検討する必要があります。ここでは、造形方式別の比較ポイントや重要なポイントに焦点を当てて、業務用3Dプリンターの正しい選び方について詳しく解説します。

◇業務用3Dプリンターを選ぶ際のポイント

業務用3Dプリンターを選ぶ際のポイントについて以下で解説します

メインの用途を考える

まず、3Dプリンターをどのような用途で使用するかを明確に考えましょう。試作や機能試作、冶具の製造、部品のオンデマンド生産など、具体的な目的を決定します。メインの用途を明確にすることは、適切な機種を選ぶ上で重要です。

必要な仕様を考える

用途が決まれば、必要な仕様を考えます。最大造形サイズ、精度、強度、耐熱性、カラーの必要性など、プリント物の要件を特定します。同時に予算も考慮し、MUST要件（必須条件）とWANT要件（希望条件）を区別しましょう。

造形方式や必要な材料を決める

特定の仕様が決まれば、それに適した造形方式を選択します。光造形方式、MJT方式、MEX(FDM)方式、SLS方式など、それぞれが得意とする領域が異なります。造形方式ごとの比較ポイントについては下記で詳細に解説します。

具体的な機種を選定する

最終的に、条件に合った具体的な3Dプリンターを選びます。予算に合わせて、仕様と造形方式に適した機種を検討しましょう。リコージャパンなどのプロバイダーから提案を受けることもおすすめです。選定後はサンプル造形なども検討し、必要に応じて調整を行います。

以上が業務用3Dプリンター選定の基本ステップです。用途と仕様を明確にし、適切な造形方式と機種を選び、予算内で最適な解決策を見つけることが大切です。

◇造形方式別比較ポイント

前述した通り、造形方式により異なる特徴や性能を持っています。比較検討する際に重要な項目について、以下でそれぞれご紹介します。

積層造形法（FDM）

適用用途：試作から機能試作、冶具製造など幅広い用途に適しています。
造形サイズ：通常は中程度のサイズまで。
精度：一般的な精度を持つが、高精度が必要な場合は他の方式を検討する必要があります。
強度：高い強度を持つフィラメント材料が利用可能。
耐熱性：材料によるが、高温に耐えるものもある。

光造形（SLA）

適用用途：高精度と滑らかな表面仕上げが必要な場合、特に試作品や模型に適しています。
造形サイズ：通常は小中サイズのプリント物に向いています。
精度：高い精度を提供し、細部まで再現できる。
強度：材料により異なり、他の方式よりも脆い場合もある。
耐熱性：一般的には低めで、高温に耐える能力は制限されています。

選択的レーザーシンタリング（SLS）

適用用途：複雑な形状や高い強度が必要な部品の製造に向いています。
造形サイズ：通常は中程度から大きなサイズまで対応可能。
精度：高い精度を持ち、複雑なジオメトリにも対応できる。
強度：高い強度と耐久性を提供する。
耐熱性：一般的に高温に耐える能力があります。

マルチジェットフュージョン（MJF）

適用用途：速度と精度を求める大量生産向け。試作から量産まで対応可能。
造形サイズ：通常は小中サイズのプリント物に向いています。
精度：高速でありながら高い精度を提供する。
強度：高い強度を持つプリント物が得られる。
耐熱性：一般的に高温にはあまり耐えられない。

デジタルライトプロセッシング（DLP）

適用用途：高速で精密なプリントが必要な場合、試作から歯科分野まで幅広い用途に適しています。
造形サイズ：小中サイズのプリント物に向いています。
精度：高速かつ高精度を提供する。
強度：一般的には他の方式よりも脆い場合があります。
耐熱性：一般的には低めで、高温には制限があります。

これらのポイントを考慮し、プロジェクトの要件に最適な造形方式を選択することが大切です。各方式の利点と制約を理解し、目標に合った3Dプリントを実現しましょう。

3Dプリンターの利点・注意点

業界や用途に応じて業務用3Dプリンターを活用することで、効率的な製品製造と革新的なデザインが実現できます。ここでは業務用3Dプリンターの利点と注意点について詳細に解説します。

◇3Dプリンターの主な利点

業務用3Dプリンターは製品開発や製造プロセスの最適化に貢献し、競争力を向上させる手段として大きな価値を提供しています。以下で主な利点について解説します。

開発期間と製造コストの削減

3Dプリンターは3DCADデータを取り込み、物の造形を行う機械です。このプロセスでは余計な工程が不要であり、製品の製造が迅速に行えます。従来の部品製作に必要だった金型の必要性がなくなり、試作品を社内で製作できるため、外注コストを削減し、製造とデザインの検証を迅速に行えます。

品質・デザインの向上

3Dプリンターを使用することで、従来の製造技術では難しい形状やデザインの製品を作成できます。モデリングや設定によって、新しい形状の造形が可能になり、製品の品質とデザインの向上が実現します。

様々な材料が使える

3Dプリンターはさまざまな材料を使用できます。例えば、PLA、ABS、PC（ポリカーボネート）などが主要な材料です。各材料は異なる特性を持ち、用途に応じて選択できます。特に、家庭用3Dプリンターでは使用できるPLAが多く、カラーバリエーションも豊富です。また、金属材料に対応したモデルも存在し、金属製品を3Dプリントできるようになっています。

形状の制限が少ない

3Dプリンターは積層造形法を使用しており、既存の物体を削るのではなく、材料を積み重ねて造形します。このため、形状に制限が少なく、従来の製造方法では難しかった複雑な形状やデザインにも対応できます。設計の自由度が高まります。

高速プロトタイピング

製品の試作やプロトタイプ製作が迅速に行えます。デザインの修正が容易で、開発サイクルを短縮できます。アイデアから製品化までの時間を短縮し、市場投入を早めます。

◇3Dプリンターには注意するべき点もある

業務用3Dプリンターを安全かつ有意義に活用するためには、いくつか注意すべきポイントが存在します。

コスト

3Dプリンターの導入には、プリンター自体の購入コスト、必要な材料のコスト、およびメンテナンスにかかるコストがかかります。計画的にコストを考慮し、予算内でプロジェクトを進めることが重要です。また、低価格のプリンターは初期コストが抑えられますが、後続コストや性能面での制約に留意が必要です。

制約

3Dプリンターの種類によっては、対応できる材料や造形サイズに制約があります。プロジェクトの要件に合致するプリンターを選択する際に、必要な材料や製品サイズに注意を払いましょう。一部の特殊なプリンターは特定の材料しか使用できないこともあります。

設計の難しさ

3Dプリンターでの製品設計には独自の技術や知識が必要です。適切な設計ができないと、製品の品質に影響を及ぼす可能性があります。設計者は3Dプリンターの原理と材料特性を理解し、最適な設計を行う必要があります。適切なトレーニングや教育プログラムを検討することが重要です。

安全性

3Dプリンターは熱や化学的な材料を使用するため、適切な安全対策が必要です。特に、加熱プリンターでは高温の部品が関与するため、火災や熱傷のリスクが存在します。材料やプリンターの取り扱いには注意が必要であり、適切な換気や火災対策を行うことが安全性の確保に貢献します。また、材料の選定においても安全性を最優先に考えるべきです。

これらの要点に留意することで、業務用3Dプリンターを効果的かつ安全に活用できます。プリンター導入前にリスク評価を行い、必要な対策を講じることがプロジェクトの成功につながります。

業務用3Dプリンターの造形方式には主にMEX/材料押出法、光造形、マテリアルジェッティング、選択的レーザーシンタリング（SLS）、デジタルライトプロセッシング（DLP）などがあります。それぞれの方式には独自の特徴と適用分野があり、プロジェクトの要件に合わせて選択する必要があります。

業務用3Dプリンターを選ぶ際のポイントとして、まず用途を明確にし、必要な仕様を考慮します。次に、造形方式や必要な材料を決定し、具体的な機種を選定します。用途と仕様に合った最適な3Dプリンターを見つけることが大切です。

各造形方式には比較ポイントがあります。MEX/材料押出法は幅広い用途に適しており、SLAは高精度で滑らかな表面仕上げが可能です。SLSは複雑な形状や高い強度が必要な部品に向いています。MJFは大量生産向けに高速で精密なプリントが可能です。DLPは高速で精度が高いプリントに適しています。

業務用3Dプリンターの利点には、開発期間と製造コストの削減、品質・デザインの向上、多彩な材料の使用、形状の制限が少ないこと、高速プロトタイピングがあります。しかし、コストや制約、設計の難しさ、安全性にも注意が必要です。

これらの要点を考慮し、プロジェクトの要件に合致した業務用3Dプリンターを選ぶことで、効率的な製品製造と革新的なデザインを実現できます。安全性を最優先に考え、リスク評価と対策を行うことが成功の鍵です。