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3dプリンタの現状|金属素材でも3D加工できるのか?



3dプリンタの原理は?


3dプリンタは、立体印刷機とも呼ばれ、3DCAD、3DCGのデータを元に立体のオブジェクトや製品を造る機器です。当初は価格が高価で特殊な制御を求められるものでしたが、開発が進められ、2009年以降は数万円~数十万円のものが発売され始め、個人や家庭でも導入されるようになりました。
2008年から2011年にかけ、低価格の個人用3dプリンタも広まり、2013年には7万台が販売されたと見積もられています。機能は日々進化しており、最近では3dスキャナを搭載した機種や、熱溶解積層法以外の、さらに精密な造形も可能な光造形法等の低コスト化も進んでいることから、より普及が広まっており、様々な用途に使用することができると人気を集めています。
3dプリンタの原理は、手法、機種ごとに多少の違いはありますが、コンピュータ上で作られた3dのデータをもとに、断面形状を積層していくことで立体物を作成するというのが基本的な方法です。光造形方式は、液状の樹脂に紫外線などを照射し、少しずつ硬化させていく方法です。他にも、FDM方式は、熱で融解した樹脂を少しずつ積み重ねていく方法で、粉末固着方式という粉末の樹脂に接着剤を吹きつけていく方法などもあります。3dプリンタの導入を検討する際は、まず、どの造形方式が用途に適しているのか、よく確かめる必要があります。

3dプリンタの活用の場は


3dプリンタを使った造形の場合、鋳型や治具を作成する必要がないというメリットがあります。このため、設計段階での試作など、すぐさま実態が必要で、しかも頻繁に形状を変更するような場合に向いています。こうしたことから、医療機器など、患者ごとに形状を変更するような場合や、航空宇宙分野など、コストが高めのチタン部品の製造などに活用されます。
また、操作に専門的技術が必要なく、人手も必要ない、というメリットもあります。機能やデザイン確認のために、従来は試作品の外注に数日、数週間くらいかかっていたのが、3dプリンタで内製化させることで、開発期間が大幅に短縮され、商機を逃さない迅速な製品の開発もできるようになります。また、データやパソコンのモニターでは気づきにくいデザイン上のミスなども、金型に投資する前に容易に確認することができます。これによりムダな開発コストを抑制することができます。
現在は、製造業を中心に建築・医療・教育・航空宇宙・先端研究など、様々な分野で活用されています。用途も業界ごとに多種多様で、例えば製造分野の場合、製品、部品などのデザインの企画、機能の検証のための試作、モックアップ(実物大の模型)の制作に活用されます。他にも、建築関連でのコンペ、プレゼン用の建築模型、医療分野ではコンピュータ断層撮影や核磁気共鳴画像法などのデータを元にした術前検討用モデルがあります。先端研究分野でも、例えば航空宇宙分野での各種エンジンの機能部品の製作、他にも研究のためのテストパーツや治具などの制作で活用されています。
低価格の3dプリンタも普及していることから、一般向けでも、教育分野でのモノづくり、教育のツールのほか、ホビー、DIYなどの個人向け用途でも広まっています。精細度も向上し、素材でもラバー(ゴム)系の材料が使用可能なものや、異なる材料を組み合わせたり、フルカラーで造形できる3dプリンタも登場していることから、用途もさらに広がろうとしています。

3dプリンタの今後は


3Dプリンタのデメリットとしては、現状、大量生産が困難で、金型などの従来の手法と比べてコストがかかり、精度が高いものは製作に時間がかかる、などがあります。また、FDM法の場合、強度が必要な部品には適用しにくく、接地部よりも上部の方が広い漏斗型の形状だと支持材を使用する必要があり、後行程で除去する必要がある、などのデメリットもあります。他にも、熱熔解積層方式の場合、パスタ状の材料を積み上げることから、表面に縞模様ができやすいなど、従来の工業製品と比べ、造型されたものの品質に差があり、また、熱した材料が収縮することから、厳密な寸法を再現するのが難しい、という課題もあります。
今後的に、金属、ゴム、他にも高温に耐えられる素材が使えるものが求められますが、一部では金属(金属粉を混ぜた樹脂)や、ゴムのような柔軟性のある素材、さらに高温に耐えられるポリカーボネイト等の素材が使えるものもあります。金属3Dプリンタも既に市場に登場し、今後はさらに開発が進み、低価格化も進むものと見られています。
精度の向上も求められますが、勿論高価格のものは精度も高く、今後的には低価格の製品の精度も向上し、操作性でも、より簡単に操作でき、誰でも操作できるものが今後数多く登場するのは間違いありません。将来的に、一般家庭の分野にまでさらに普及し、用途もさらに広まろうとしています。


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