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3Dプリンターの種類と用途

3Dプリンターの用途グラフ

今回は、3Dプリンターの種類についてみなさんにご説明しようと思います。
私たちも3Dプリンターを導入して間もないころ、3Dプリンターの種類について調べていました。
一言で3Dプリンターと言っても、その造形方式によってメリット、デメリットが異なります。
3Dプリンターで試作品、機械部品、記念品などを作ろうと思っている皆様のお役に立てればと思います。
はじめに現在、世の中に広まっている3Dプリンターの特徴を以下にまとめました。

光造形法

紫外線を照射すると硬化する性質を持つ樹脂を用いた造形法です。
紫外線のビームを使って樹脂を場所ごとに取捨選択しながら硬化させていき、立体物を造形する手法です。

熱溶解積層法(FDM方式)

高温で溶かした熱可塑性樹脂を積層させ立体形状を作成する造形法。
熱可塑性の様々な種類のエンジニアリングプラスチックが使用できます。
ポリカーボネート、PCアロイ、ABS、ABSアロイ、PPSF/PPSU、ULTEMなど。

粉末法

粉末の素材を層状に敷き詰め、インクジェットのような方式を使って、バインダを添加し固める手法、また、放電及びレーザービームで直接焼結する手法もある。
前者はでんぷんや石膏のような材料が知られており、3Dプリンターの中でもランニングコストを抑えたものに利用されていることが多いです。
また、後者は、ナイロンのような樹脂系の材料のほか、鋼、チタン、ニッケル、青銅といった金属系材料なども利用できます。

シート積層法

シートを積層させることで3D形状を作る造型法。
上記の粉末法の基材をシートに置き換えたものになります。この手法には数種類のものがあります。
一つは光硬化性の樹脂をインクジェットでシートに出力転写する方式。
一つはカッティングプロッタ(自分で作成した文字やデザインのデータに沿ってカットする機械)で切り込みを入れた紙を糊で積層する方式。
熱硬化性樹脂や光硬化樹脂をしみこませた水溶性の紙を一層の積層毎に加熱したり紫外線を照射することで、加圧し硬化する方法などがあります。

インクジェット法

インクジェットプリンタの原理を応用した造形法。
液化した紫外線硬化性樹脂を噴射し、紫外線を照らして積層させて形状を作る造形法。
また、インクジェットプリンタのカラーインクを使用した、カラーの造形物も存在します。
この手法のメリットは、比較的高精度な造形が可能なため、精度が求められる造形物の出力に力を発揮します。
しかし、紫外線効果青樹を使用する為、太陽光によって造形物が劣化することがあります。

3Dプリンターの用途

次に日本での3Dプリンターの用途についてグラフにしてみました。
3Dプリンターの用途グラフ

試作品

今までのものづくりは、切削加工にて試作品を作ることが多い背景がありました。
開発者、研究者の方の中には、設計段階で試作をしてから次の工程に移りたいと思うことがあると思います。
そんなとき、予算や納期を考えると加工業者に頼みづらいこともあるのではないでしょうか。
3Dプリンターならば試作品を短納期、低コストで作ることも可能です。

治具(ジグ)

自社製品、生産ラインの固定治具に用いられる例が多々みられます。
弊社では金属で作っていた治具を樹脂3Dプリンターでつくることで軽量化しています。
また、大量生産された製品に専用治具を作製して検査しています。

デザイン確認

2Dイメージと立体製品とのギャップを少しでも無くすためのデザイン確認がしたい。
デザイン確認だけなので、切削加工(削りだし)ほどの精度は必要ない。
そんなときに、安価な材料で3Dプリンターを用いて作製するのは最適ではないでしょうか。

最終製品

数年前までは3Dプリンターで造形した製品には強度がなく、その造形方式にも問題があったため、デザインの確認に留まるものでした。
現在の3Dプリンターの造形物は強度が保障されたエンジニアプラスチックを用いることができ、またその材質も年々増えています。
今では切削加工、射出成型と並ぶほどの信頼性を持つほどの強度になってきました。

金型

金属で作製すると型代のみで数十万円、すぐほしいのに納期も長くなってしまう。
そんな時に耐熱性のあるエンジニアプラスチックを用いて、樹脂型を作ることもあります。
一点ものなので切削加工でつくると高くなってしまうこともありますが、そんな時3Dプリンターで金型を作ることがメリットになります。
ペットボトルを作るためのブロー成形の樹脂型として用いられた例もあります。

機能性確認

設計現場では図面や3Dデータのアッセンブリ確認だけでは分からない点も多いのではないでしょうか。
実際に部品同士を組み合わせて初めて分かる修正点や不具合を確認するためにも3Dプリンターが用いられています。

一品物

お客様の中には現在使っている機械部品がもう販売されていない、廃番となっているケースも多々お聞きします。
機械の買い替えや機械の破棄を考える前に一度3Dプリンターでの部品作製を考えてみるのも良いのではないでしょうか。
実績として、古い車の部品やカスタムパーツにも3Dプリンターを用いたこともあります。

消耗品

金型で作るほどの量は必要ない、切削で作ると単価が合わない、成型品では精度が出ない消耗品ありませんか。
使用用途上、どうしても使っているうちに摩耗してしまう部品にも3Dプリンターの造形物が使われることもあります。

ご説明させていただいたのは日本国内、特に弊社やお取引のある企業様から頂いた情報です。
日本だけでなく海外でも治具や最終製品として、3Dプリンターを用いた「ものづくり」は注目されています。
そんな中、DDD FACTORYでは特にFDM方式の3Dプリンターに着目しております。
FDM方式は単純な造形方式ですが、安定した精度と強度を得られる上に樹脂だけでなく金属やコンクリート、チョコレートなどを材料として用いる3Dプリンターも開発されております。
次回はFDM方式の3Dプリンターの詳しいご説明をさせていただきたいと思います。
※ちなみに弊社では金属、コンクリート、食品は扱っておりませんのでご了承下さい。

製品の作製をご検討中の方は是非一度DDD FACTORYにお問い合わせください。

大阪
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