3Dプリンタを正しく選択する

3Dプリンタは、積層造形技術を使用しています。材料を追加したり、液体を凝固させたり、粉末を凝集し層を重ねながら物体を作成します。 材料を消費しながら作る従来の工作機械とは異なり、材料を重ねることによって部品を作ります。 これにより、従来の製造方法よりも製造時間を短縮し、複雑な形状の物体を高い精度で完成することができます。材料を部品に注ぐ前に鋳型を作る必要のある成形技術と異なり、3Dプリンタは材料の各層に対応した「スライス」状に切断されたデジタルファイルから直接製造できます。

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3Dプリンタに使われる材料は?

Makerbotの3Dプリンター用PETフィラメント
Makerbotの3Dプリンター用PETフィラメント

3Dプリンターの種類によって使える材料は変わります。 以下、最もよく使われている材料のリストです(リストにある造形方式は、以下の段落で解説されています) :

 

材料 材料のタイプ 造形方式 販売対象 特性 完成品
フィラメント PLA FDM
FFF
大衆向け業務用 食品対応 ざらざらした
ABS (熱可塑性) PLAより優れた機械的特性
PET(ポリエチレンテレフタレート) 機械的強度が良好
粉末 ポリアミド SLS プロトタイピング 高精度食品対応
セラミック、ガラス SLS

バインダージェッティング

研究所デザイン 食品対応
アルマイド(ポリアミドとアルミニウムの混合物) DMLS
EBM
プロトタイピング 機械的強度が良好
チタン、ステンレス、アルミニウム、コバルト、鉄、青銅など プロトタイピング小規模シリーズ航空産業自動車産業 機械的強度が良好
シルバー、プラチナ、ゴールドなど ジュエリ-ショップ
液体 ワックス SLA

DLP

ポリジェット

MJM

ジュエリ-ショップ歯科医業模型作り 高精度壊れやすい なめらか
ポリマー樹脂 プロトタイピング小規模シリーズ医療 なめらか直接着色

現在使用されている石油系のABSや植物由来のPLAなど材料を、粘土、泥、 木材パルプ、地元産穀類(VGA)または藻類(SWF)などのより環境的なものに置き換えるため多くの研究が進められています。 建築や土木工学の分野では、特定のモルタルを使用できる3Dプリンタもあります。

3Dプリンターの主な技術は何か?

 

造形方式 原理 解説
熱溶解積層法(FDM) 3Dプリンタは、フィラメント(PLA、ABS、PETなど)を加熱して柔らかく可鍛性にし、トレー上に連続した層で堆積させます。部品が壊れやすい部分(例えば狭い足のトレー)を有する場合、製造後に除去される支持領域を設ける必要があります。 一般向けのプリンタ。 アフタ-サ-ビスでの個別の部品作成のため、この技術をプロトタイピングに使用することができます。製造された部品はプリンタに応じて高い精度ですが、複雑な部品製造の場合はSLS方式がおすすめです。
熱溶解フィラメント製法(FFF)
粉末焼結積層造形法(SLS) 3Dプリンタは、粉末(ポリアミド、セラミックまたはガラス)を層ごとに凝固させるレーザービームを使用して、細部まで表現できる部品を製造します。複雑な部品や壊れやすい部分の製造をするために、サポ-トは必要ありません。 通常これらの部品はプリンタから出ると砂っぽく、良好な仕上がりを得るために研磨段階を経なければなりません。SLS方式で製造された部品は、良好な機械的特性です。
直接金属レーザー焼結法(DMLS) このプリンタは、細部まで表現できる部品を製造するために、粉末(鋼、ステンレス鋼、コバルト – クロム、アルミニウム、チタンなど)を層ごとに凝固させるレーザビームを使用します。 航空宇宙、自動車、医療などの高度な産業でますます使用されています。初期投資や維持管理費が非常に低いですが、従来の方法で得られた部品(機械加工や鋳造)に匹敵する、機械的特性を備えた非常に複雑な部品を製造できます。
電子ビーム溶解法(EBM) 3Dプリンタは、粉末(鋼、コバルト – クロム、アルミニウム、チタンなど)を層ごとに凝固させる電子ビームを使用して、他の製造方式ではできない非常に複雑な部品を製造できます。 製造は真空下で行われ、酸化を防止することができます。 すぐに再利用できます。この技術は導電性材料にしか使用できません。 直接金属レーザ焼結法(DMLS)よりも速ですが、精度はやや劣ります。
光造形方式(SLA) このプリンタは樹脂を凝固させる紫外線を使用します。 得られた部品は非常に精密で、表面の仕上げが非常に良好です。この技術は、プロトタイピングおよび鋳型製作の両方で、特にその速さが評価されています。
デジタル光処理(DLP) この技術は、水平に動かす必要がなくSLAよりも速く印刷するプロジェクタ-を使用しています。
ポリジェット このプリンタは、紫外光の放出と光硬化樹脂製(紫外線の影響下で硬化する)液体樹脂の噴射を組み合わせています。 この技術により、ニーズに応じて異なる機械的特性を有する材料(例えば、剛性または柔軟性材料)を組み合わせることが可能になります。おもちゃ製造から航空宇宙業界まで幅広く使用されています。
マルチジェットモデリング(MJM) このプリンタは、冷却すると凝固する液体材料を噴霧します。 いくつかのプリントヘッドが装備されおり、そのうちの1つは部品と同時に(たとえばワックスで)サポートを作成するために使用されます。 製造される部品は高精度であり、プリントヘッドの数に応じて複数の材料を使用することができます。この技術は、金型製造用途で宝石業界で使用されています。建物や土木工事に使用される3Dプリンタは、噴霧によっても機能します。
バインダージェッティング (Binder Jetting)パウダーバインディング このプリンタは着色可能な結合剤を、層状の粉末に吹き付けます。 この技術は非常に複雑な色付き部品を製造できます。 しかし、余分な粉体を吹き飛ばしたり吸引したりして除去する必要があります。

3Dプリンタの主な用途は何か?

 HPの3Dプリンター
HPの3Dプリンター

最初の3Dプリンタは、プロトタイピングのために産業界で使用されましたが、医療歯科の分野では、3Dバイオプリンティング (細胞構造の製造)と人工装具製造用に、この技術にすぐに関心を持ちました。

「航空産業」、「航空宇宙産業」、「海事産業」、「自動車産業」などの「輸送」に関連する産業も、3Dプリンタを使用し部品を入手しています。

軽量化され、従来の部品と比較して同等またはさらに改善されています。またモデルの実現や橋などの建物や構造物の直接製造用に「建築」と「土木工学」にも広く適用されています。

3Dプリンタ技術の利点は何か?

3Dプリンタの主な利点は、大量に製造する伝統的な工作機械とは異なり、最小限の材料を使用しながらCADファイル(設計事務所によって作成された3Dファイル)から直接作業できることです。また製造過程で出たゴミは再利用されます。さらに製造中に潤滑が不必要なため、汚染のリスクが大きく制限されます。

3Dプリンタのもう1つの利点は、従来の方法(機械加工、鍛造または成形)で達成するのが困難であった非常に複雑な形状の部品も製造できることです。さらにより大型の部品を生産することができます。最初はプロトタイピングを目的としていましたが、今日の3Dプリンタではわずかな差異を持つパーツを製造できるだけでなく、小規模な製造を競争力のある価格で行うことができます。高速3Dプリンタのおかげで生産時間がますます短縮されます。これにより多かれ少なかれ短期間で中規模または大規模シリーズの生産を検討することができます。

3Dプリンタで製造された部品の外観には、いくつかの問題があります。完成品は研磨工程を経なければなりません。しかしピニオンギアなどは、完璧な仕上げが必要なくそのまま使用できます。

3Dプリンタの利点:

  • 生産コストの削減
  • 製造時間の短縮
  • ミスの削減
  • オンデマンド生産

 

最近の傾向は?

Shining 3Dの3Dプリンタ
Shining 3Dの3Dプリンタ

3Dプリンタは変化する市場です。最初の3Dプリンタは、単一の材料しか使用できず、非常に小さい寸法の物体を作ることを目的としていました。完成品の機械的特性は良好ではありませんでした。今日ではマルチマテリアルのプリンタと、非常に大きな物体を製造できるプリンタが登場しています。医療分野や工業分野、建築分野でも、3Dプリンタが移植のための完全な臓器や直接的に機能する完全なマルチマテリアル製品を作れることが期待できます。3Dプリンタの活躍が期待される市場の1つは修理です。大手家電メーカーは、この技術で製造されたスペア部品を提供しています。

また、特に部品の製造を可能にする属積層造型技術WAAM(Wire Arc Additive Manufacturing)を使用するCNC工作機械に、3Dプリンタを組み合わせたハイブリッドマシンも存在します。

3Dプリンタの消費者市場は急速に成長しており、メーカーにとって大きなシェアを占めています。長期的には、3Dプリンタのアドバイスやサービスを提供するファブラボと競争相手になる可能性があります。

産業レベルでは、非常に技術的な材料で動作し、大きな部品を作ることができるプリンタが登場しています。今日メーカーは機械の提供だけでなく、3Dプリンタサービスも提供しています。印刷センターは、機械への投資のコストを負担することなく、さまざまな印刷技術を活用することを可能にします。

3Dプリンタの価格はいくらか?

3Dプリンタの価格を比較するには、一般向けの機械と産業機械を区別する必要があります。産業用および一般用の3Dプリンタは、印刷量、精度、印刷速度、音量、使用できる材料などによって区別されます。

消費市場では、最大200 x 200 x 200 mm、精度100ミクロンのモノフィラメントPLAを印刷するには、300ユーロからFDM方式のプリンタを見つけることができます。

業務用市場では、最大200 x 200 x 300 mmの容積と50ミクロンの精度で、バイフィラメントでPLAまたはABSを印刷するために4000ユ-ロからFDM方式のプリンタを見つけることができます。

SLA3Dプリンタにおいては、10,000〜150,000ユーロの間で予算を設定する必要があります。

金属部品を製造するプリンタの場合、100,000ユ-ロ以上の予算が必要です。