【初心者の方必見】3Dプリンター基礎知識！！プリンターの種類とは？

現代では、3Dプリンターは多くの現場で有効的に活用される便利ツールとして活躍しています。ここでは、3Dプリンターの基礎知識、導入メリット等についてお伝えします。

3Dプリンターについて

3Dプリンターとは、3D CADや3D CG等3次元ソフトウェアで作成された3次元データが製品の元になっています。このデータ元にして、断面形状を積層して立体造形する事ができる機器の事を3Dプリンターと言います。プリンターと言われている機器と言うと、紙等の平面にインクを吐出して印刷する事をイメージしますが、3Dプリンターの場合は、液体樹脂に光を当てて少しずつ硬化させたり、一定温度で熱溶解させた樹脂を積み重ねたり、高出力レーザーを粉末状材料に照射し焼結させたり、色々な技法で材料を立体物に成形していく機器になります。3Dプリンターの登場で、試作品や模型を製作する事が昔と比べて容易になり、プリンターの需要は大きくなっています。

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3Dプリンター導入の4つのメリット

一つ目は、品質やデザインの向上です。設計者、デザイナー、開発者が試作品を作る際には、手動で行う場合はいくら技術が優れていると言っても一発で高品質なものを製作する事は難しいものです。その点、3Dプリンターの活用では、粉末造形、金属造形、光造形等、様々な作り方に対応可なプリンターが沢山登場しているので、データさえあれば高品質製品を製作する事ができます。造形方法にも幅があるので、昔は製作が難しいとされていた物でも簡単に製作できるようになっています。
二つ目は、開発コスト削減です。試作品を製作する際には、外注したり時間をかけて製作したりする会社や企業もありますよね。しかし、3Dプリンターを導入する事で、社内で手軽に試作品を製作する事が可能になります。なので、今までかかっていた外注コスト削減ができる事が魅力です。また、3Dプリンターは自社制作が可能なので、外注依頼していた時より新たな技術の挑戦もしやすく、手軽に開発する事ができる点もメリットです。
三つ目は、開発期間の短縮です。外注依頼する場合、少なくても数日~数週間の日数を要しますよね。3Dプリンターを導入すれば、プリンターがデータ通りに自動に製作してくれるので作業が数時間で完了する事もあります。商品開発等を行っている場合、市場投入期間を大きく短縮する事ができます。市場投入期間を縮める事ができれば、その分売上アップにも繋がります。
四つ目は、コミュニケーションの充実です。会議等で、口案で試作品のデータを伝えても相手に伝わりにくい事もありますよね。しかし、3Dプリンターで製作した立体物を容易する事ができれば、相手も話を理解しやすくなります。コミュニケーションを通してお互いに理解する事は大切な事なので、このような場でも3Dプリンターは大いに活躍します。

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3Dプリンターの種類について

①熱溶解積層方式

熱溶解積層方式とは、Fused Deposition Modeling（FDM）とも言われており、業務用として使用されている熱に溶ける樹脂を一層ずつ積み上げる造形方法です。溶けた樹脂は直ぐ冷え固まるので、扱い易く危険性が少ない事が特徴です。材料は、ABS或いはPLAの取り扱いが安全性にも高く容易となっています。また、樹脂が使用されているので、業務用3Dプリンターをはじめ、家庭使用可能なパーソナル3Dプリンターで最も採用されているタイプになります。
高性能な3Dプリンターでは、ポリカーボネート等の素材も使用する事ができ、造形物を加工や手を加える事無く使用できる程、高精度な工業製品を製作するが可能となっています。処理や取扱いの良さがあり、最も使用されている3Dプリンターの一つになります。この方式プリンターの用途には、業務用3Dプリンターの場合、工業製品の試作が最も多い活用として挙げられます。ABSは、材料強度はもちろん粘りもあるので、細かな造形は不要で、機械的強度が求められるような場合でもある程度対応する事ができます。

FDM式代表的な業務用大型3Dプリンター「Raise3D プリンター」は、最大造形エリア305*305*605mmで、使用可能フィラメント種類（ABS/ASA/PLA/PAナイロン/PC/PETG/PVA/TPU/木質/PolyMaker社製樹脂/ホッティーポリマー社製樹脂等）は合計20種類以上あります。日本国内で現在までに1000社以上の導入事例を持ち、全国の企業、病院などの医療機関、大学をはじめとした教育機関とお取引をさせて頂いております。弊社では24時間メール受付をしており、電話での対応も行っております。興味があるお客様は、以下のリンクからお問い合わせください。

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②光造形方式

光造形方式とは、3Dプリンターの中で最も歴史が古いプリンターで、世界で初めて誕生した3Dプリンターです。なので、製造業等では光造形やRP等の言葉で浸透しています。光造形で使用する樹脂は、光硬化性タイプのモノになり、レーザー光線を光硬化ポリマープールに当てて、光が当たった箇所のみ硬化します。一層の造形が終了すると造形台が下がり、次の層の造形を行っていくのですが、形が成形されるまで作業が繰り返されます。この方式では、とても微細な造形も可能なので、ジュエリーのモックアップや月経出力等にも利用できます。表面もスムーズで高精細な出力が可能で、一手間加えて透明度アップに繋げる事もできます。

③粉末焼結積層造形

粉末焼結積層とは、熱溶解積層方式の3Dプリンターの場合では固定材料でしたが、粉末材料の形で容易される事もあります。その場合、出力方式は2タイプあるのですが、1つはレーザー光線での材料粉末焼結させる粉末焼結方式になります。光造形と似ており、粉末をレーザー光線照射で焼結させ、この作業を繰り返して造形を行います。
最も材料として使用されているのが、ナイロン樹脂粉末です。3Dプリンターの機種によっては、銅・青銅・チタン・ニッケルと言った金属系材料も使用可能です。ナイロン樹脂粉末場合を使用する場合、柔軟性のあるパーツに仕上がるので、パーツを大きく曲げてはめるような場合であっても、特に問題なく使用する事が可能です。
パーツの表面の仕上がりは、光造形に比べると細かな造形は得意ではありませんが、硬化後に造形物が沈む事が無いのでサポートは不要です。3Dプリンター出力サービスでは、このタイプがよく使用されています。

④インクジェット方式

インクジェット方式と言うと、紙のプリンターをイメージするかと思いますが、紙のインクジェットプリンターの場合、液体インクを印刷紙の上から吹き付けて印刷していきますよね。3Dプリンターの場合では、インクの代わりに液状樹脂を吹き付けます。液状紫外線硬化樹脂を噴射し、特定波長の光で照らす事で硬化させて積層させていきます。この方式は、熱溶解積層方式より積層ピッチが薄いので、より細かな造形が可能です。また、表面の仕上がりも滑らかに仕上がるのが特徴です。なので、出力したいパーツが細かな造形の場合に向いています。また、高速造形が可能な点も特徴の一つです。
高品質な機種の場合は、様々材料選択が可能で、最もポピュラーな材料にはアクリル系樹脂が挙げられます。ABSライク、PPライク、ラバーライク等、様々な性質を持った材料が利用可能で、複数材料を混ぜて使用できるものもあります。

⑤粉末積層方式

粉末焼結方式と同様、粉末材料を使用する造形方式になります。粉末積層方式は、石膏やデンプン等のリーズナブルな粉末を樹脂で接着し固めて造形していきます。なので、粉末固着式積層法とも言われています。材料コストが安く、比較的造形するスピードも早く、カラー出力可能な点が最大の特徴です。この方式では、造形と同時に造形物の外側に紙の印刷で使用するインクジェットプリンターのインクを吹き付け着色します。3DCGによるキャラクターのテクスチャーに関しても、CGで定義した通りに出力可能なので、出力後に塗装は不必用です、
カラー付きで出力可能である優れた特徴があるので、用途としては3DCGでモデリングしたフィギュアサンプル、建築模型、ランドスケーブ等の土木分野では、カラー付きで立体的で且つビジュアルを確認する目的としてお勧めです。強度などを求めない造形物に対してよく使用されるタイプになります。

3Dプリンターは世界各国で活躍している

3Dプリンターじゃ、世界各国で様々なシーンで活用されている便利なアイテムとなっています。産業や医療の専門分野でも、それぞれ産業分野において出力内容に対応した3Dプリンターが開発されています。産業分野では、試作品の製作でなく最終製品の生産出力を目指して、世界では自動車や住宅等を3Dプリントする企業も近年は登場してきています。
例えば、アメリカでは、大型3Dプリンター導入して、走行可能な自動車製作が行われています。車のタイヤやエンジンを除いた車体中心に、3Dプリンターで構成部品の75％を製作し、今後はその比率を更にアップさせる取り組みがなされています。他にも、フランスをはじめ海外では、建設現場で活躍するロボットアーム型の3Dプリンターが用いられています。特殊コンクリート混和素材を用いて3Dプリンターした公営住宅が公開されています。

3Dプリンターの活用が進む理由

3Dプリンターの活用理由には、車や家の製造過程で大きくコスト削減できる事が導入理由に挙げられます。製品構成の際にパーツ数削減が可能になるので、組立工程削減や在庫管理削減にも繋がります。パーツ数が減れば廃材量削減もでき、環境への負荷低減も期待する事ができます。また、現在では様々な分野で3Dプリンターでの金型製作、精密機器向け部品生産等の技術開発も推進しています。
医療分野でも、多様な素材を扱う事ができるようになり、色々な研究が進んでいます。例えば、人工骨を3Dプリントで製作する研究が行わており、リン酸カルシウムの一種を材料として骨の内部構造を再現したり、ゲル素材を材料に内蔵モデルを作成したり、色々取り組まれています。本来、3Dプリンターはオーダーメイドが得意ですが、医療分野においては、体のサイズや形状が一人一人異なるので、この特徴がマッチしています。今後は、臓器造形等にも用いられる等、再生医療の現場でも活用が進んでいく事が期待されています。

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