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3Dプリンターとは

一般の方でも気軽に購入できるなど、身近な存在となった3Dプリンター。自動車産業や航空産業、航空宇宙産業、医療事業、建築建設産業、軍事産業とその活躍の幅はとどまるところを知らず、世界のさまざまな産業で活躍しています。

今なお進化し続ける3Dプリンターの基本的な構造や、3Dプリンターにできることは何なのか、3Dプリンターを知る第一歩となる基本を解説します。

3Dプリンターとは

3Dプリンターとは、3DCADや3DCGなどで作成した3次元のデジタルデータを用いて現実の立 体 物を生み出す機械・装 置のことです 。積層造形装置やAM(Additive Manufacturing/アディティブ・マニュファクチャリング)装置とも呼ばれています。

使用用途はさまざまありますが、簡単な生活用品や趣味のものを手軽に作れる一般的な家庭用3Dプリンターと、あらゆる産業の最先端に用いられる業務用3Dプリンター(産業用3Dプリンター)に大きく二分されます。ShareLabでは3Dプリンター全般をフォーカスしつつ、業務用3Dプリンターの活用方法や最新情報に主眼を置いてご紹介しています。

3Dプリンターの積層造形方法は用いる材料や手法によって異なりますが、その製造過程は大きく分けると以下の3段階になります。

  1. 3Dデータ(立体図)
    パソコンで造形物の設計図となる3Dデータを作成します。
  2. 3Dプリント(造形)
    作成した3Dデータを入力し、3Dプリンターでプリンティングします。
  3. 造形物
    プリント後に表面加工等の仕上げをして完成です。

用いる材料は大きく分けて「樹脂」「金属」「その他(石膏や砂など)」があり、材料の種類は合わせて数百に及びます。さらに積層造形方式も「材料押出方式/ MEX(Material Extrusion)」「材料噴射方式/ MJT(Material Jetting))「粉末床溶融結合法/ PBF(power bed fusion)」「液槽光重合/ VPP(Vat Photopolymerization)」「結合剤噴射/ BJT(Binder Jetting)」「指向性エネルギー堆積/ DED(Direct Energy Deposition)」「シート積層/ SHL(Sheet Lamination)」の7種類を起点として、その下に枝分かれする形でいくつもの方式があります。

日々進歩する最新技術によって3Dプリンターもますます進化しており、用いる材料や造形方式はまだ増えていくことでしょう。

3Dプリンターにできること

さまざまなシーンでの活用が見られるようになった3Dプリンター。その3Dプリンターを用いてどのようなものが手がけられているのかをご紹介します。

試作品(モックアップ)

主に企画のプレゼンテーションに用いられる試作品です。イメージしていた商品像に実感と立体感を与えられ、図面やイラストなどの2次元情報よりも訴求力を高められることから特に多い3Dプリンターの活用方法です。

意匠確認

従来だと金型から作らねばならない工業製品の設計や開発の段階で動作確認のための試作品です。3Dプリンターを用いれば金型が不要なので低コストかつ短期間で作成できるという3Dプリンターならではの効果があります。

工業製品の成型に用いられる「型」「金型」です。意匠確認と同様に、従来の方法だと製品の開発段階で手がけられる「型」は何度も修正されるのですが、3Dプリンターなら型の修正にかける時間とコストを大幅に削減できます。

最終製品

受注生産品など、3Dプリンターでの製造物をそのまま顧客に手渡せる最終部品です。従来の製造工程を3Dプリンターでの製造で完遂できるので、要望に応えた品質が担保できた最終部品ができれば大幅なコスト削減が実現できます。

模型

ビジネスシーンにおいては、主に建築・建設の世界で用いられる建造物の模型です。試作品と同様、施工前の建造物を立体的に確認できることから施工主へのプレゼンテーションにおいて完成時のイメージを共有できます。

3Dプリンターの業界別活用

製造業では試作分野での利用が主だった3Dプリンターですが、3Dプリンター自体の高性能化や材料の多様化により、利用範囲の拡大が加速しています。ここでは3Dプリンターの活用が進む自動車・航空宇宙業界についての活用についてご紹介します。

利用範囲の拡大のひとつの例として、エンドユーザー向けの高付加価値部品の製造に加えて、開発・生産時に用いる治具・工具分野への適用が挙げられます。自動車業界において治具や工具の製造に3Dプリンターを用いるメリットとして以下の3点があげられます。

  1. 従来の手法委よりも短納期・低コストを実現
  2. 作業者の使いやすいデザインや重量
  3. 再現性高く再製造が容易

3Dプリンターの場合には、3Dデータと治具を造形する設備本体、また必要な材料さえあれば、どこでも同じ品質の治具を繰り返し製造することが可能です。短期間で製造できるため、突発的なトラブルであったとしても生産工程への影響を最小限に抑えられるなど従来手法と比較しメリットが大きい点が特徴です。

さらに詳しい解説や、具体例については「自動車業界で活躍する3Dプリンター製の治具・工具」にて解説しているので併せてご覧ください。

つづいて、航空業界での活用についてご紹介します。

航空宇宙業界における3Dプリンター活用はここ数年で加速し、2~3年前までは試作品への適用が中心でしたが、海外を中心に完成品への適用が急速に進行しています。

そもそも、なぜ航空宇宙業界の最終部品製造の動きが加速しているかという点について、航空宇宙・防衛産業に特化した品質マネジメントシステムに関する国際規格「AS9100D認証」が整備されていることが関連しています。

AMのような新しい技術は顧客の立場から要求事項の取り交わしや製品プロセス・品質確認方法など確認事項が多く存在します。そのような場合、国際的な規格を満たしているという証明があることは3Dプリンター活用を推進するうえで重要なポイントとなります。

また、宇宙業界は輸送するうえで必要な材料・機材は限られています。そんな中、3Dプリンターを宇宙にもっていくことで現地調達した材料で建物の建築実験も進んでおり、業界としての課題点を解決する重要なポジションにいるため積極的に活用を進めている現状もあります。

このように、各業界で3Dプリンター活用を進めるにあたってのメリットや必要性、プロセスが整備されているかなどさまざまな要因から活用が進められていいます。

航空宇宙業界の3Dプリンター活用の詳細や、日本の空港業界における3Dプリンター活用などもご紹介しているので気になる方はぜひご覧いただきたい。

まとめ

身近なシーンで見かける機会が多くなっている3Dプリンター。近年では食物を生み出すバイオ3Dプリンティングや新型コロナウイルス対策が加速化する医療現場で用いられるナノテクノロジー搭載の3Dプリンター、さらには宇宙開発事業でも3Dプリンターの活用が進んでいるなど、その活躍の幅はとどまるところを知りません。ShareLabでは業務用・産業用3Dプリンターの活用方法や最新情報を数多く発信しているので、ビジネスシーンで3Dプリンターを取り入れたいとお考えの方は是非ShareLabの各種コンテンツをご覧になってください。

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