3Dプリンターとは?3Dプリンターでできることと、未来を考えてみました。

更新日:2019年08月30日

3Dプリンターとは?

3Dプリンターとは、3DCADの設計データ(STLデータ)や、3DCGなどの3次元ソフトウェアで作成された3次データを元データとして、立体CTスキャナーのスライスのように、ひとつの層を重ね合わせて立体化していき、立体のモデルを製作します。これまで金型を作らなければできなかった立体物を、製造のあらゆる現場でいちからから作れてしまうというところが、3Dプリンターの特徴です。更に最終製品まで作れてしまう場合もあります。

【意匠確認】
デザインイメージを共有するためには、3Dプリンターを利用することはとても有効です。
【試作】
試作品の段階では、3DCADの設計データがあれば、金型を作らずに試作品を作ることができます。
【型】
量産するための金型を作るために、その金型の気をつける部分が理解できます。
【治工具】
多品種少量生産に伴って、様々な「治具」が必要になります。それを3Dプリンターで作ることができます。
【最終製品】
一点モノの製品の場合は、その製品自体を3Dプリンターで製作すれば、金型を作らずに製品が完成します。
【建設・建築模型】
建築模型といった立体で、プレゼンテーション向けのものを製作するのにも向いています。

3Dプリンターは、1980年代に実用化されていましたが、とても高価で複雑な操作を必要としました。そのため、業務用のものとして使われていましたが、基本特許保護期間が終了した影響やオープンソースの開発などにより、2010年代に入り個人で使える金額になり、爆発的に売れるようになりました。
2010年頃は、「3D Systems」「Stratasys」など上位3社で、業界シェアの80%以上を占め、特に、「Stratasys」社の「Dimension/uPrintシリーズ」の業界シェアの半分と高く、事実上の業界標準になりました。国際標準化委員会ASTMとISOは、3Dプリンタ用ファイルフォーマットを「AMF」に定めています。

■3Dプリンター方式の種類。
【材料押出堆積法/FDM】
高い耐久性や耐熱性を得やすいので、試作品や治具、簡易型の造形などにおすすめです。
【マテリアルジェッティング】
高精細でなめらかな表面のモデルを造形しやすく、精度が求められるようなパーツの造形物の出力に力を発揮します。
【バインダージェッティング】
造形速度に優れた造形方式。着色が容易なため、デザインの確認やフィギアの作成などに向いています。
【粉末焼結積層造形(SLS)/(SLM)】
耐久性のある造形物を製作でき、金属素材も使用可能なので、最終製品や鋳型の製造におすすめです。
【光造形(レーザー方式)】
もっとも古くからある方式で、高精細かつ表面の滑らかな造形物を作成することが可能です。
【光造形(DLP方式)】
DLPシステムにて一括露光することで、高速造形を実現しながらも、SLA同等の高精度な造形を行い、細かいパーツなどの造形にも適しています。
【HP Multi Jet Fusion テクノロジー】
HP独自の3D造形技術です。最終製品造形に求められる高速、かつ堅牢で高精細な仕上がりを実現します。

3Dプリンターを使うことでこれまでの大量生産前の試作の段階までを、例えば、個人でも出来るようになります。これまで設備が必要だったものが、個人がアイデアさえあれば直ぐに「モノ」作りができるので、製造のイノベーションは加速すると考えられます。これまでは、製品の「型」を作るために、金型などを作れる業者さんが必要でした。今の時代は、多品種少量生産をしなければいけない時代です。そのような時代には、3Dプリンターで作った「モノ」自体を最終製品として、販売することもできます。3Dプリンターは、試作品を作る用途がいちばん多く使われていますが、航空宇宙分野のように、製品が複雑である場合には、その製品を特注で製造するため、3Dプリンターで作ることが考えられま。機器が故障を起こして修理が直ぐにできない場合や、その機械自体が古く在庫部品がない場合にも、そのデータだけを持っておいて、3Dプリンターで部品を出力して修理すことができます。医療でも活躍が期待されています。手術の前にシミュレーションを行うといった使い方も出来ますし、いちばん注目されている「臓器プリンティング」という、心臓などの臓器を、「立体臓器製造機」を使って、再生医療のテクノロジーと共に製造するものです。その他には、住宅の建設でも3Dプリンターを使うことが考案されています。こうすることで、住宅建設のコストが大幅に下がることが期待されます。

3Dプリンターが使えるサービス。

「モノ」作りをする上で、3Dプリンターは、様々なイノベーションを起こすと言われています。大型のものはまだ高価ですが、利用できるサービスも増えてきています。3Dプリンターが使えるサービスと、3Dプリンターで使える素材をまとめてみました。

<3Dプリンターを利用できるサービス>
■DMM.make(DMM.com)
参考URL:https://make.dmm.com/
■キンコーズ・ジャパン
参考URL:https://www.kinkos.co.jp/service/3d-printing/
■デジモデ
参考URL:http://contents.digimode.jp/
■3Dayプリンター
参考URL:https://3day-printer.com/

<3Dプリント素材>
■石膏
メジャーな素材で、フルカラーの3Dプリントが可能です。パウダー素材なので、気軽に利用できます。フィギュアや、ミニチュアを作るのに向いています。
■フルカラープラスチック
「フルカラーUV硬化インクジェット」で使えます。微細なデザインを表現するのに向いています。利用方法は、フィギュア、ミニチュアのです。
■ガラス
ロストワックス法といわれる3Dプリントのモデルを鋳型に、ガラスを鋳造します。雑貨などを作る際に向いています。
■アクリル
半透明で滑らかなアクリル樹脂素材なので、既製品のような仕上がりを楽しむことが出来ます。フィギュアやデザインアイテムなどを作る際に、向いています。
■ナイロン
耐熱性と靱性に優れている素材なので、3Dプリントに向いている素材です。ガジェットや、インテリア製品、デザインアイテムなど様々なものに応用できます。
■アルミ
一般的なアルミ鋳造に使われるものと、近いものが作れます。パーツなどを作る際に重宝される素材です。
■チタン
強度や軽さといった特性を兼ね備えた素材で、金属アレルギーにもなりづらい素材です。金属パーツやデザインアイテムを作る際に、利用することをお勧めします。
■真鍮
3Dプリントしたものを鋳型として使い、真鍮を鋳造します。アクセサリーとしても実際に利用できるので、そのような素材を作る際に重宝されます。質感はとても滑らかな素材です。
■シルバー
3Dプリントしたモデルを鋳型として使い、シルバーを鋳造します。素材はとても滑らかで、実際にアクセサリーとして利用できるので、そのような使い方をお勧めします。
■ゴールド
3Dプリントしたモデルを鋳型どうして使い、ゴールドを鋳造します。素材は滑らかで、実際にアクセサリーとして利用できるので、そのような使い方をお勧めします。
■プラチナ
3Dプリントしたモデルを鋳型どうして使い、プラチナを鋳造します。素材は滑らかで、実際にアクセサリーとして利用できるのでそのような使い方をお勧めします。
■マルエージング鋼
切削強度、靭性に優れ、高い強度を持つ特殊鋼ですで、強度の必要な細かいパーツを作ることを得意としています。
■インコネル
耐食性、耐酸化性に優れたニッケル合金になります。パーツやデザインアイテムを作る際に向いている素材です。
■ジュラルミン
ジュラルミンとも呼ばるアルミ合金で、トップクラスの強度を持つ材料です。強度の必要な細かいパーツなどに利用されると良いと思います。
■ステンレス
ステンレスは耐熱鋼として、広く一般に普及している鋼種です。様々な部品に利用できますし、アクセサリーとしても利用は可能です。
■ベリリウム銅
ベリリウム銅は、火花が出ないといった特性や、響きが良いといったことで有名な金属になります。部品やアクセサリーとして利用されることをお勧めします。
■スチール
ざらざらとした表面の金属素材で、メッキ処理を行うことができます。ガジェットやアクセサリー金属部品として利用ができます。
■PPS
耐熱、耐薬品性に優れていて、機械的強度を持ち合わせた高機能なプラスチックです。機械部品などを製造する際に利用できます。
■光造形樹脂
光造形方式を用いた樹脂材料になります。機能性材料、カラーなど様々な選択肢がある材料となります。パーツやフィギュアの原型を作る際に、ご利用することをお勧めします。
■カーボン複合素材
「短繊維カーボン複合ナイロン造形物」にカーボンを織り込んだ複合素材です。軽量でとても強靭な素材です。部品や生産治具を製造するのに向いています。
■アルマイド
耐熱性、剛性に優れた樹脂素材になります。ガジェットやアクセサリーなどにご利用されることをお勧めします。
■その他
3Dプリンターの進化は、様々なところで見られます。ニット生地を3Dプリンターで生産したり、生地そのものを出力して縫い目のない服を作るような、3Dプリンターも出てきています。住宅そのものを3Dプリンターで建設してしまおういう試みも行われています。

参考URL:https://make.dmm.com/print/material/