3Dプリンターとは? 造形方式別おすすめ3Dプリンターのまとめ

3Dプリンター de ものづくり

数年前に比べメディアで見聞きする機会は減ったように感じますが、依然として3Dプリンターは手軽に立体モデルを作れる装置として注目を集めていますね!

近年Amazonなどのネット通販サイトでも3Dプリンターの購入が可能になり、益々人気が高まっている印象です。
家庭用にもたくさんの商品が発売されており、3Dプリンターはより身近な存在となりました。

今回は、「そもそも3Dプリンターってどんなもの?」という基本のお話です。

住宅を3Dプリンターで建てたというニュースでみて、3Dプリンターという名前は知っているけど、どんな仕組みで立体が作られるのか、どの材料に対応しているのか、何を作ることができるのか……。

意外と知らない3Dプリンターの情報をまとめてみます!

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目次

3Dプリンターとは?

3Dプリンターとは?

何もない空間に立体モデルの材料を断面状に積層し、3Dデータに基づいて立体モデルを完成させる技術を3Dプリンティングといいます。
3Dプリンターとは、この3D プリンティングを使った新しい造形方法の製造装置の総称です。

紙に印刷する2次元プリンターのようにインクジェット方式を採用したものがあったり、それまでのRP(Rapid Prototyping=高速試作)装置に比べて小型で扱いやすい点をアピールするために、馴染みやすい「3Dプリンター」という名前が使われるようになったとも言われています。

3Dプリンターを使うメリット

3Dプリンターを使うメリット

開発期間と試作品製造コストの削減

今まで部品製作をするためには、まず金型が必要でしたが、3Dプリンターを使用すれば、その必要もなくなります。
試作品を社内で作成することで、外注コストなどを削減することができ、スピーディーな製造やデザインの検証が可能になります。

品質・デザインの向上

前述の金型や従来の製造技術ではむずかしかった形状の造形が作成できるようになります。
モデリングや出力の設定次第で、今までにない形状の造形も可能といえるでしょう。

様々な材料を使うことができる

プラスチック樹脂から金属まで、3Dプリンターに対応する材料は年々増えています。
15種類以上の材料を使うことができる3Dプリンターもあります。(Raise3Dシリーズ
後述の造形方式や3Dプリンターの機種によって使用できる材料の種類や数は変わります。

主な材料は「PLA」、「ABS」、「PC(ポリカーボネート)」です。(※FDM方式の3Dプリンターの場合)
中でもPLAは多くの家庭向け3Dプリンターで使用することができ、材料の色も豊富です。

3Dプリンターの材料①:ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)

ABSは、一般的なプラスチック製品で広く使われている素材です。
大きな造形を苦手としていますが、他の材質と比べると粘着性と柔軟性にやや優れており、強度があります。曲げや伸びに耐性があります。
後加工(やすりがけ作業や着色などの加工作業)が簡単で、出力後も扱いやすいです。

後工程で研磨などを行う試作品や、プラモデル・フィギュアのパーツ、稼働機構を持たせたいもの向きです。

3Dプリンターの材料②:PLA(ポリ乳酸)

PLAは、対応している3Dプリンターの多い素材です。「Poly Lactic Acid」の略で、PLAと呼ばれています。
トウモロコシやジャガイモなど、自然由来の素材を原料にしています。
そのため出力中の嫌な臭い(樹脂が熱されて溶けたときに出る独特の臭い)がほとんど出ません。

造形中の冷えによって起こるひずみやソリに強く、出力が安定しています。
表面が硬くて丈夫なところが特徴で、削ったり磨いたりといった後加工がしづらい材料となっています。

形状確認や、後工程の少ない実用品、大きいもの、耐摩耗性を確保したいもの向きです。

3Dプリンターの材料③:PC(ポリカーボネート)

PC(ポリカーボネート)は、プラスチック素材の中では最高レベルの耐衝撃性を持ちます。
ABSの5倍、塩化ビニール樹脂の10倍、アクリル樹脂の50倍の強さです。

加工にも優れ、外観が美しい光沢を放つことから、高級感を出したい家電製品や日用品などに使われています。
他のプラスチック素材に比べて、比較的軽量な特徴があります。身近ではスマートフォンケースに使用されることもあります。

アイディアをすぐに造形することができる

従来は思いついたアイディアがあっても、すぐ手軽に造形することができませんでした。
ですが、3Dプリンターを使えばアイディアの具現化を簡単に行うことができます。


こちらは「XYZプリンティング」のダヴィンチという商品です。150 x 150 x 150mmまで印刷することができます。

実際にプリントした立体モデルを手にとって様々な角度から観察したり、組み合わせることで、新しい創造につながる機会も増えると思います!

3Dプリンターの造形方式別おすすめ3Dプリンター紹介

3Dプリンターの造形方式は1つに限らず、国際標準化団体のASTM Internationalでは、その方法を大きく7つに分類しています。

3Dプリンターの造形方式①. 材料押出法(FDM /FFF法)

材料押出法(FDM /FFF法)

FDM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。

FFF(=Fused Filament Fabricationの略)とも呼ばれますが、これらは呼び方が異なるだけで同じ造形方式を指しています。

溶けた樹脂はすぐに冷えて固まるため、危険性が少なく扱いやすいのが特徴です。
試作品や治具、簡易型の造形などに適しています。

ただ、素材を溶かして積み上げていくため 断層が目立ちやすいというデメリットがあり、表面の滑らかさが求められる造形物の出力には向いていません。

使用可能な主な素材: 熱可塑性樹脂(ABS、PLA、ナイロンなど)

材料押出法(FDM /FFF法)のおすすめ3Dプリンター①: UP Mini2 ES(Tiertime)

UP Mini2 ES

価格(税別) ¥125,000
造形マテリアル ABS、ABS+、PLA、木質(Wood)
最大造形サイズ 12×12×12 cm
積層ピッチ 0.15〜0.35mm

家庭でも人気の3Dプリンター「UP Mini2」が、様々な機能を携えバージョンアップし、「UP Mini2 ES」として新発売したものです。
以前のモデルに加えて、対応可能なデータ形式が増えて、有線LANに対応するようになりました。
テーブルの高さ調整を自動でしてくれる、オートキャリブレーション機能がついているので、初めて3Dプリンターを使うという方にもおすすめです!

■UP Mini2 ES – 参考動画

材料押出法(FDM /FFF法)のおすすめ3Dプリンター②: Raise3D Pro2(デュアルヘッド)(Raise3D)

Raise3D Pro2(デュアルヘッド)

価格(税別) ¥770,000
造形マテリアル T-PLA、T-ABS、PETG、PTG、Polyflex、カーボン、木質、etc
最大造形サイズ 305W×305D×300H mm
積層ピッチ 0.01〜0.65mm

Raise3D Pro2は安定した造形品質と安定度で、業務で3Dプリンターを活用したいプロユースの方におすすめの3Dプリンターです。
ノズルが2つ付いている可動式デュアルヘッドを搭載しており、フィラメントを2種類用いた造形を可能にしています。
ノズルごとに異なる材料や色違いのフィラメントを使用すれば2色での造形や、サポート材として水に溶ける水溶性フィラメントでの造形ができます。
15種類以上のフィラメント材料が使用でき、ゴムライクやナイロンといった特殊なフィラメント材料に対応しているところも魅力です。

もっと大きな造形物をつくりたいなら、縦方向の造形サイズが約2倍の「Raise3D Pro2 Plus」がおすすめです。

■Raise3D Pro2 -参考動画

3Dプリンターの造形方式②. 光造形(SLA法)

光造形(SLA法)

光造形方式は最も歴史が古く、世界で最初に1987年に3Dシステムズ社で実用化されたものがこの方式の3Dプリンターです。

そのため製造業などでは、3Dプリンターという言葉よりも「光造形」や「RP(Rapid Prototyping)」といった言葉の方が浸透している会社もあります。

光造形方式で使用する樹脂は、光硬化性のものになります。
液体状の光硬化性樹脂を、紫外線レーザーで一層ずつ硬化させて積層していき造形します。

タンクに貯めた樹脂の液面から光を照射する「自由液面法」と、タンクの底のガラス板など透明な面を通して光を当てる「規制液面法」があります。

FDMに比べ、高精細かつ表面の滑らかな造形物を作成することが可能です。

使用可能な主な素材: エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂など

光造形(SLA法)のおすすめ3Dプリンター: Form3(Formlabs)

Form3

価格(税別) ¥575,000
造形マテリアル Standard、Castable、Flexible etc
最大造形サイズ 145×145×185mm
積層ピッチ 25〜300ミクロン

Form3は、光造形3Dプリンター「Form2」の後継機となる新しい3Dプリンターです。
Form3では、新たにLFS(Low Force Stereolithography)と呼ばれる手法が採用されています。
LFSは、Form2で採用している同じ光造形(SLA:Stereolithography Apparatus)方式でありながら、再設計したレーザーとミラーのカスタム設計システムを用いることで、均一かつ、密度が高い硬化を可能にします。

積層ピッチの目立たない美しい表面と仕上がりを求めたい方、とくにアクセサリーやフィギュアづくりを行いたい方におすすめの3Dプリンターです。

■Form3 -参考動画

3Dプリンターの造形方式③. 粉末焼結(SLS法)

粉末焼結(SLS法)

粉末焼結方式は、レーザー光線により粉末の材料を焼結させる造形方式です。

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、この作業をモデルが完成するまで繰り返し行います。

耐久性のある造形物を製作でき、また、金属素材も使用可能なので最終製品や鋳型の製造にも用いられます。

現状、金属材料を造形できる3Dプリンターはこの方式を採用するものがほとんどです。

使用可能な主な素材: ナイロン樹脂、セラミック、エストラマー、ポリプロピレン、金属など

粉末焼結(SLS法)のおすすめ3Dプリンター: Lisa Pro(Sinterit)

Lisa Pro

価格(税別) ¥3,190,000
造形マテリアル PA12 Smooth、PA11 Onyx、Flexa Grey、Flexa Black、Flexa Soft、Flexa Bright、TPE
最大造形サイズ 対角線上:316 mm(材料によって異なる)
材料 PA:90×130×230 mm
材料 FLEXA / TPE:110 x 150 x 250 mm
積層ピッチ Z:0,075 ~ 0,175 mm

Lisa Proはポーランドの3DプリンターメーカーSinterit社が開発した卓上型SLS方式3Dプリンターです。
以前のモデルのLisaに比べてプリント容積が大きくなり、窒素チャンバーが内蔵されて様々な材料が使用できるようになっています。
工業用グレードの機能を持ち合わせながらも、デスクトップサイズでオフィスにも設置ができます。

■Lisa Pro -参考動画

3Dプリンターの造形方式④. 材料噴射(インクジェット方式)

材料噴射(インクジェット方式)

インクジェット方式というと、家庭やオフィスで普段使用している紙のプリンターを思い出すかもしれません。

紙のインクジェットプリンターの場合には、印刷用氏の上に、液状のインクをヘッドから細かい粒子にして吹き付けて文字を印刷していきます。

3Dプリンターの場合には、インクの代わりに液状の樹脂を吹き付けていきます。
液状の紫外線硬化樹脂を噴射して、それを紫外線などの特定の波長の光で照らすことにより硬化させ積層させる方法です。

この方式は、一般に積層ピッチがFDM方式より薄くより細かい造形をすることが可能で、表面の仕上がりも滑らかに仕上がる特徴があります。

そのため、出力したいパーツに対して細かい造形がある場合などに向いています。

また、高速に造形できることも特徴のひとつです。

使用可能な主な素材: アクリル系、ABSライク、PPライク、ポリプロピレンライク、ラバーライク

材料噴射(インクジェット方式)のおすすめ3Dプリンター: ProJet MJP 2500(3D SYSTEMS)

ProJet MJP 2500

価格(税別) ¥5,980,000
造形マテリアル アクリル系樹脂
造形エリア 295×211×142mm
積層ピッチ 32ミクロン

ProJet MJP 2500は、紫外線硬化樹脂をインクジェット方式で一層ずつ積層させるMJP(Multi Jet Printing)3Dプリンターです。
筐体はコンパクトながらも、微細な造形を可能とする操作性に優れたコストパフォーマンスの高い機種です。
使用できる材料も豊富で、MultiJet プリンタ材料の組み合わせにより作業を高速に処理することができます。

■ProJet MJP 2500 -参考動画

3Dプリンターの造形方式⑤. 結合材噴射(インクジェット方式)

結合材噴射(インクジェット方式)

材料噴射法と同じくインクジェット・ノズルを使う方法ですが、造形材料ではなく、材料を固めるための結合材(バインダ)を噴射します。

造形エリア全体に敷き詰められた粉末状の造形材料に対して、上からバインダを吹き付けることで断面を硬化させ、1層分ができあがったら、その上に次の層の粉末を供給して同じプロセスを繰り返す方法です。

粉末状であればどのような材料でも使用できるそうで、石膏や砂、セラミックス、金属などの他にも、チョコレートなど食品を造形できる3Dプリンターも開発が進められています。

使用可能な主な素材: 石膏、デンプン、セラミックなど

結合材噴射(インクジェット方式)のおすすめ3Dプリンター: ProJet 460 Plus(3D SYSTEMS)

ProJet 460 Plus

価格(税別) ¥5,980,000
造形マテリアル 石膏系混合粉
造形エリア 203×254×203mm
積層ピッチ 100ミクロン

ProJet 460 Plusは、ProJetx60シリーズでは中間モデルの機種です。
フルカラーの造形が可能で、CMY(シアン・マゼンタ・イエロー)約280万色を表現できます。
効率のよい材料利用を特徴とし、サポート構造が不要で、未使用のコア材料もリサイクルされます。無駄を省き、仕上げ時間の短縮に役立ちます。

■ProJet 460 Plus -参考動画

3Dプリンターの造形方式⑥. シート積層法

シート積層法

薄いシート状の材料を断面形状で切断し、隣り合う層を接合しながら積層していく方法です。
シート材の厚さが、そのまま積層ピッチになります。

シート状であれば、どのような材料でも使用できることが特徴で、金属や樹脂の他にも、紙を用いた3Dプリントなどが話題になったことがあります。

あらかじめ紙に色を着けておけば、立体モデルのフルカラー化も可能です。

使用可能な主な素材: 紙、樹脂(PVC)、金属

シート積層法のおすすめ3Dプリンター: Mcor IRIS(Mcor Technologies)

Mcor IRIS

価格(税別) 要見積もり
造形マテリアル A4 標準事務用紙、US レターサイズ標準用紙
最大造形サイズ W256×D169×H150mm
積層ピッチ 0.1mm (0.004in)
0.19mm (0.007in カラーのみ)

Mcor IRISは、コピー用紙を材料とした、カラー出力ができる紙積層3Dプリンターです。
材料の色が限定される単色の樹脂とは異なり、4色カートリッジ(CMYK)による100万色以上のカラーで造形することができます。

3Dプリンターの造形方式⑦. 指向性エネルギー堆積(レーザーデポジション)

指向性エネルギー堆積(レーザーデポジション)

レーザービームを照射した位置に、粉末材料を吹き付けることで肉盛溶接する技術(レーザークラッディング)をベースにした方法です。

レーザー照射と粉末材料の吐出を行う加工ヘッドの位置を制御することで積層造形します。

原理上は、複数の材料が混在した立体モデルを一体造形することが可能ですが、金属材料の仕組みから、サポート部が必要になる形状を造形するには不向きです。

使用可能な主な素材: 金属粉属

製造業で使われている造形方式

製造業ではこの記事で紹介した造形方式のすべてが採用されています。
造形したいものや求めている技術・クオリティーに応じて、適当な造形方式の3Dプリンターを選定し、実際に導入している企業がたくさんあります。

世界で唯一カーボンファイバーによる造形を可能にしたFDM方式の3Dプリンター「Markforged(マークフォージド)」を例にすると、以下の導入事例があります。

  • 樹脂の金型
  • 360度カメラの固定フレーム
  • CNCのパーツキャッチャー
  • ドローンの内部パーツ など

主に試作していくうえで修正が必要になる部品の製作に役立っています。
3Dプリンターなら3Dデータを修正するだけですぐに別バージョンを造ることができるため、全体の時間短縮にも繋がりますね。
高精度の3Dプリンターを導入し、最終製品に活用する企業もあります。

初心者はどの造形方式を選べば良い?

3Dプリンターの造形方式で主流となっているのは、材料押出法(FDM /FFF法)光造形(SLA法)で、この2つの造形方式を用いた家庭向けの3Dプリンターも登場しています。
材料の調達も容易にできるため、初心者でも安心です。

作りたいものにも左右されますが、第一にコストを考えるならFDMがおすすめです。

安価なものなら5万円以下で機械が買えますし、ABS・PLAといったベーシックな材料のほとんどが1万円以下で手に入ります。
積層痕が目立つという問題も、メーカーの努力で徐々に改善されていて、年々クオリティが上がってきています。

全く3Dプリンターを使ったことが無い方は、まずは手頃な価格の評判良い機種を買って、使い倒してみてはいかがでしょうか。

3Dプリンターとは? 造形方式別おすすめ3Dプリンターのまとめ

ひと言で「3Dプリンター」といっても、造形方式は1つだけではなく、大きく7つに分けられることを紹介しました。

7種類すべて紹介しましたが、趣味で使うぶんには、材料押出法(FDM /FFF法)と光造形(SLA法)の違いを知っておけば不足はないと思います。

自分が作りたいものに合った3Dプリンターで、理想のものづくりを実現してください!

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