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3Dプリンター

3Dプリンターとは

通常のプリンターは2Dプリンターと呼ばれる平面印刷する機器のことをさします。
それに対し3Dプリンターとは、3次元の媒体を造形する機器の事を指します。3Dプリンター、三次元印刷機などと呼ばれるのが一般的です。

三次元の媒体を造形することを、三次元造形または三次元印刷、3Dプリントと呼ばれます。
コンピューター上で作図、デザインできるものであれば、極端な話どんなものでも作れてしまうわけで、これにより製造過程における大幅な経費削減につながり、コストをかけずに多種多様なものを造形することが可能なため、資金が少ない会社でも、小型の3Dプリンターさえあれば多くの製品や試作品の作成が可能になります。

最近ではプロトタイプを制作する段階で3Dプリンターを用いる企業が増えてきており、今までは試作段階で金型を作っていたのに対し3Dプリンターを導入することでその必要がなくなっため大幅に工数を削減した企業もあります。

3Dプリンターの生い立ち

3Dプリンターの歴史は意外と古く、33年前に名古屋市工業研究所の若手研究者であった「小玉秀男」氏が発明したものでした。
ではなぜそのような古くからある技術がなぜ注目を浴びるようになったのでしょうか。

それは、2009年に米Stratasys社が持っていたFDM法と呼ばれる3Dプリントの特許技術が切れ、その結果、数年前には1台数百万円していた3Dプリンターが、現在では数万円レベルに低下したためです。

3Dプリンターの仕組み

3Dプリンターの仕組みの基本はマテリアル(材料)を積層していくこどで立体形状(3Dモデル)を作成していきます。造形する機械によって、一層あたりの厚みは異なりますが、大体0.2mm〜0.05mmの薄い層を積み重ねて立体にしていきます。材料を積み重ねて造形していくため、基本的には物理的に成立しうるモデルであればどのような形状でも造形することが可能です。

その他、立体形状を造形していく方法として大きく分けて3種類あります。


1つ目が刃物で削る方法である、切削加工です。
切削加工は昔から存在する造形方法で、大量生産に欠かせない金型の製造や、工業製品でも一品ものの部品の製造などでよく使われております。
最近では、マシニングセンターと呼ばれる自動工具交換機能を持つコンピューター制御可能な工作機械が普及されています。
切削加工については「CNC(マシニング)の加工方法」をご参照ください。


2つ目が、塑性変形を利用する方法(プレス加工)です。
塑性変形とは、ある程度の大きさで荷重をかけて大きく変形させることで、変形が永久に残ってしまい元の形状に戻らなくなる変形のことをいいます。
この加工法は自動車のボディーでよく利用されています。
その他にも、L字金具のように金属の板から加工するような部品などの造形にも利用されています。


3つ目が、溶けた材料を型に流し込んで造形する、鋳物や射出成形です。
砂型に流し込んで形状を成型する鋳物は昔から使われており、車のエンジン部品を作成するのにも使われています。射出成形は、造形のための金型に溶けた樹脂を流し込んで造形します。
多種多様な樹脂の成形が可能かつ、大量生産が可能なため現代の製造業では必要不可欠な造形方法、私たちの身の回りにある家電製品の筐体などでこの製造方法が多用されています。

3Dプリンターの造形方法

ひとことでで3Dプリンターと言っても、様々な製造方式があります。

3Dプリンターの製造方式
・熱溶解積層方式(FDM法)
・光造形方式(STL法)
・粉末焼結方式(SLS法)
・インクジェット方式
・粉末積層方式

それぞれの製造方式によって、精度や使える材質などが変わってきます。
よく家電量販店などで売られていて目にする機会が増えた3DプリンターのほとんどがFDM方式です。

FDM方式は、熱した樹脂を積層していき造形する方式となります。
その他については「3Dプリンターの種類について」をご参照ください。

懸念される点としては、拳銃さえも作れてしまうため、3Dプリンターさえあれば、自宅で拳銃を量産することも可能となってしまいます。
実際に、3Dプリンターで拳銃を製造できる作成図が数万件もアップロードされるという事態も起きており、3Dプリンターには良い意味でも悪い意味でも世界中が注目しています。

3Dプリンターの素材

製造方式によって使える素材も違います。
プラスチックや金属、最近では紙を素材として使える3Dプリンターなどもあります。

使える材質
・ABS、PLA樹脂
・石膏
・アクリル樹脂
・PPライク樹脂
・ナイロン樹脂
・ゴムライク樹脂
・ウッドライク樹脂
・ワックス樹脂
・透明樹脂
・フルカラー樹脂
・金属
・紙

それぞれの特徴はを「材質の種類」ご参照ください。

3Dデータの作成方法

3Dプリントするためには、3Dデータを作成する必要があります。
ほとんどの3DプリンターがSTLやOBJ、PLYといったデータ拡張子に対応しています。
フルカラー出力の場合は、STL以外のテクスチャを含むデータが必要です。
では、どのようにして3Dデータを作成するのでしょうか。
3Dデータの代表的な作成方法は大きく分けて以下の3つあります。

・3DCADソフトを利用する方法
・3DCGソフトを利用する方法
・3Dスキャナーを利用する方法

3DCADは製造業や建築などで広く使われており、寸法を入れることができるため部品など精度を求められる工業製品の作成に適しています。
3DCGはゲームなどの開発で利用されており、フィギュアなどの作成に適しています。

3DCADは無料で利用できる個人ユーザー向けのものから業務で利用するプロフェッショナル向けのものまで多種多様な3DCADが存在します。
それぞれの特徴については「3DCADの比較」と「無料で使える3DCADの比較」をご参照ください。

3Dプリンターの選び方

昨今3Dプリンターの進化はすさまじく、メーカーも自社の技術を自由に表現し、競い合いながら各社成長を続けています。
どんどん進化を遂げていく3Dプリンターですが、どれだけ高機能なものでも自社のニーズにマッチしなければ宝の持ち腐れになってしまいます。種類も豊富に存在するので、どれを選べばよいのか迷ってしまうというのも正直なところでしょう。
業務用3Dプリンターに必要な条件は、量産速度と、ディテールに富んだ造形印刷の精度、どの材質を利用でき、どれだけの単価で生産する事が可能なのかが主になってきます。
詳しい3Dプリンターの選び方については「3Dプリンターの選び方」をご参照ください。

3Dプリンター出力サービス

3Dプリンターを所有していなくても、業務・パーソナル問わず3Dプリンターで出力することが可能です。
買うほどではないけど、3Dプリンターで出力したいという方向けに、3Dプリンターの出力サービスも多く提供されています。

以下、3Dプリントサービスの一覧になります。

3DAYプリンター
DMM.make
インターカルチャー
デジモデ
キンコーズ
リスマチック
グラフィック
オフィス24

3Dプリントサービスを受けるためにはプリントするための3Dデータが必要となります。
3Dデータの作成ができない方向けに3Dデータ作成も併せて行ってくれる出力サービスもあるので併せて活用することで造形したい3Dモデルを作成することができます。




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