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製造装置として3Dプリンターを使う企業が増えてきている。従来にない複雑な形状を、少量品であっても低コストかつ短時間で造れるからだ。だだし、装置を購入すればすぐに実力を十分に発揮できわけではない。ユーザー側が3Dプリンターの本質を知っておくことは不可欠だ。切削加工や射出成形といった従来工法と使い分ける必要もある。活用に向けた第一歩として、3Dプリンターの基礎をまとめた。(本誌)

 3Dプリンターは、手軽に実物(立体モデル)を造れる装置として注目を集めている。3Dデータさえあれば、手づくりよりも複雑で正確な形状の立体モデルを短時間かつ低コストで手に入れられる。切削加工や射出成形と言った従来の工法に比べて、専門的な知識や高価な設備が不要な点も、3Dプリンターが普及した大きな要因と言える。

 しかし、3Dプリンターを使いこなすためにはある程度の知識が必要である。3Dプリンターにはさまざまな造形方法があり、装置の価格も数万円から1億円超と幅広い。使用できる造形材料も多岐にわたり、造形方法や機種によって異なってくる。これらを知ることで、自分の目的とする立体モデルを手に入れるためにはどのような3Dプリンターを使うべきかを選択できる。逆に、3Dプリンターの特徴を幅広く理解することで、新たな活用の方法も見えてくるはずである。

 また、単に3Dプリンターを選択するだけでなく、その性能を最大限に発揮するために使いこなしのノウハウを身に付けることも必要である。場合によっては、3Dプリンターだけで全てを実施するのではなく、従来工法と組み合わせるケースもある。

断面形状を積み重ねる「積層造形」

 3Dプリンターとは、「3Dプリンティング」と呼ぶ技術を使った製造装置の名称である。3Dプリンティングは、現在では「Additive Manufacturing(アディティブ・マニュファクチャリング)」とほぼ同義語として使われる場合が多い。Additive Manufacturingは略語として「AM」が使われたり、日本語訳として「付加製造」や「アディティブ製造」と言われたりする。

 3Dプリンティングの本質は、何もない空間に立体モデルの材料を付加していくことである。材料を付加する位置を、3Dデータに基づいて高精度に制御し、立体モデルを完成させる。

 現実的には、3Dデータをスライスして薄い層に分割し、その層を積み重ねていく(図1)。このため、「積層造形」とも呼ばれる。スライスした薄い層、つまり断面形状の部分の造形材料を硬化し、作製した断面形状を積層(上下の層を結合)する方法としてさまざまな技術が開発されている*1

図1 3Dプリンターで造形している様子
図1 3Dプリンターで造形している様子
下側から徐々に断面形状を積み上げて立体モデルを完成させる。(出所:ACSP)
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*1 断面形状部分にだけ光や熱を当てて硬化させたり、断面形状部分にだけ造形材料を供給したりといった方法である。断面形状を硬化させる方法と同じ原理で層同士を結合する場合だけでなく、層と層を接着剤などで接合する場合もある。

 積層造形では、目的の形状をスライスしてから元に戻すようなプロセスとなるため、原理的にはどのような形状でも造形できる。ただし、造形方法によっては後述するサポート部の除去がネックになるなど、現実的には3Dプリンターでも造形できない形状があることは知っておく必要がある。