3Dプリンターの種類

ひとことで3Dプリンターと言っても、造形方法や使える材質は様々な種類があります。
ここでは3Dプリンターの造形方法とそれぞれのメリット・デメリットについてご紹介します。

3Dプリンターの製造方式一覧
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

熱溶解積層方式(FDM法)

FDM造形とはFused Deposition Modeling=熱溶解積層方式の造形方法の事で、業務用でも使われている熱に溶ける樹脂を、一層ずつ積み上げていき造形していく造形方法になります。

1980年代後半にStratasysという会社が特許を取得していますが、2009年に特許期限が切れたために、FDM造形を採用した3Dプリンターがたくさん出回り、市場価格が暴落するという事態に陥りました。

この造形の特徴は、業務用で使われている工業製品と同じ素材を、個人でも簡単に使え造形できるところにあります。
高額な3Dプリンターになるとポリカーボネートなどの素材も使えるため、造形したものを加工や人間の手を加えずにそのまま使えるほど高い制度の工業製品を生み出すことが可能となります。

熱可塑性プラスチックを利用した、唯一無二の3Dプリンティング技術であり、飛行機で使われている部品や、医療用の手術に必要な電子機器のパーツさえも作れてしまいます。

もちろん、業務用のみならず、家庭用としても、これらの特徴が活躍するのは間違いありません。

業務用と家庭用の違いは大きく分けて「精度」と「造形サイズ」になります。

熱溶解積層方式のメリットについて
複雑なデザインのものでも簡単に造形できるという特徴を備えており、小さくて軽量のものであれば、比較的安価で製造することができます。
また、造形された媒体は、なめらかでツヤがあり、ほとんど手を入れなくても、かなり高い精度を誇るというメリットもあります。ひと手間加えることで、透明度を高めることも可能です。

熱溶解積層方式のデメリットについて
樹脂単価が高いので、量産には向かず、大きなものや、重いものを作るには、コストパフォーマンスが悪いというデメリットが存在します。
また、太陽光に弱いという欠点もあるため、外で使う部品や日用品などは、劣化が早く、長期スパンでの利用には向いていません。


熱溶解積層方式の主な材質
・ABS樹脂
・PLA樹脂
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熱溶解積層方式の主な3Dプリンター
・UPシリーズ
・Replicatorシリーズ
・Mojo
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光造形方式(STL法)

光造形方式の3Dプリンターは、3Dプリンター開発当初から存在する最も古い造形方式です。
最も安定した造形方式であると同時に、利用者、制作メーカーからの信頼も厚く、最も長く使われてきた造形方式です。
3Dプリンターという言葉が一般的でなかった時代は、「RP(ラピッドプロトタイピング)」と呼ばれていました。

光造形と呼ばれる所以は、その製造過程にあります。
プールのように貼られた樹脂に、レーザー光線を使って表面に、制作予定である媒体を描き、層を作り出します。
それを形を成すまで繰り返します。それが光造形と呼ばれる理由です。

業界内でも評価の高い光造形方式ですが、メリットもデメリットもありますので、光造形式の3Dプリンターを購入する際は、以下の点に注意して購入すべきです。

光造形方式のメリットについて
複雑なデザインのものでも簡単に造形できるという特徴を備えており、小さくて軽量のものであれば、比較的安価で製造することができます。
また、造形された媒体は、なめらかでツヤがあり、ほとんど手を入れなくても、かなり高い精度を誇るというメリットもあります。ひと手間加えることで、透明度を高めることも可能です。

光造形方式のデメリットについて
樹脂単価が高いので、量産には向かず、大きなものや、重いものを作るには、コストパフォーマンスが悪いというデメリットが存在します。
また、太陽光に弱いという欠点もあるため、外で使う部品や日用品などは、劣化が早く、長期スパンでの利用には向いていません。

最近では、光造形方式の一種でプロジェクション方式という造形方式が用いられるようになっています。
プロジェクション方式は、プロジェクターの光を利用して樹脂(レジン)を硬化させ積層していく方式です。
古くからある光造形方式の3Dプリンターに比べると格安な値段設定となっており、個人ユース向けのプロジェクション方式の3Dプリンターが販売されるようになっています。


光造形方式の主な材質
・エポキシ系樹脂
・アクリル系樹脂
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光造形方式の主な3Dプリンター
・Gプリンター
・Form2
・MiiCraft
・ACCULAS
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粉末焼結積層造形

粉末焼結積層造形は、粉末状の材料に高出力のレーザー光線をあて焼結させる造形方式です。
主な材料としてナイロンなどの樹脂系材料や銅・青銅・チタン・ニッケルなどの金属系の材料が使用できます。
耐久性があるためデザイン試作品だけでなく、利用可能な試作モデル(機能モデル)としてもおり、大量生産する前段階のテスト時に活躍しています。

粉末焼結方式は光造形法と似たような方式で、ステージ上にある粉末をレーザー光線を照射させて焼結させます。粉末が硬化したらステージを下げます。この作業をスライスした分繰り返し造形を行います。

粉末焼結積層造形の特徴
・耐久性のある造形物を作れる
・様々な材料を利用可能
・硬化後に造形物は沈まないのでサポート部は不要
・滑らかでつるつるした質感を求められるものには向かない


粉末焼結方式の主な材質
・ナイロン樹脂
・セラミック
・エストラマー
・ポリプロピレン
・金属
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粉末焼結方式の主な3Dプリンター
・ProX500
・ラファエル550
・RICOH AM S5500p
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インクジェット方式

インクジェット方式は、液状の紫外線硬化樹脂を噴射して、それを紫外線を照らすことにより硬化させ積層させる方法です。紙を印刷するインクジェットプリンターの原理を応用した造形方法です。

インクジェット方式は、上図のように液状化した樹脂をインクジェットプリンタのように吹き付け、紫外線をあてることで硬化させます。それを幾層にも積層させることで造形します。

インクジェット方式の特徴
・高速にモデルを作ることが可能
・高精度な物が造形可能
・サポート部は作られるが容易に除去可能
・造形物が滑らかな表面に仕上がる


インクジェット方式の主な材質
・アクリル系
・ABSライク
・ポリプロピレンライク
・ラバーライク
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インクジェット方式の主な3Dプリンター
・Projetシリーズ
・Objetシリーズ
・Stratasys J750
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粉末積層方式

でんぷん、石膏などの粉末を樹脂で接着して固める方式です。そのため粉末固着式積層法とも呼ばれています。代表的な3DプリンターにZ-Corporation社(現在は3DSYstemsと統合)のZプリンターがあります。フルカラーで造形出来ることも大きな特徴です。

粉末積層方式の特徴
・着色機能を備えた装置が多い
・プリント速度が速い
・きめの細かい造形物が作れる
・造形物の強度が弱い
・サポート部は必要なし


粉末積層方式の主な材質
・石膏ベースパウダー
・プラスチックライクパウダー
・デンプンベースパウダー
・セラミックベースパウダー
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粉末積層方式の主な3Dプリンター
・ZPrinterシリーズ
・Projetシリーズ
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