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【2023】3Dプリンターとは?基礎知識・導入メリット・おすすめモデル

ものづくりを行う場合、レーザーカッターやCNCフライス、ボール盤など、機械を使う方法があります。しかし、どれも加工難易度が高くなかなか手を出さないと悩む方も多いのではないでしょうか?

そういった方におすすめなのが3Dプリンターです。今回は、3Dプリンターの概要や、ものづくりを行う上で活用するメリット、3Dプリンターの扱い方について紹介します。また、最初の1台におすすめの3Dプリンターについても解説するので、興味をお持ちの方はぜひ最後までご覧ください。

3Dプリンターとは

3Dプリンターとは、STLなどの3次元データをもとに出力物を作成する機械のことです。3D CGや3DCADなどのデータを元にして積層で立体物を造形していきます。

通常のプリンター(コピー機)の場合は、紙に対してインクを乗せていくため、立体的な形状のものを制作することができません。一方、3Dプリンターの場合は、インクの代わりに液体状の樹脂やプラスチックなどを射出し固めます。

そのため、立体造形を作ることが可能です。3Dプリンターの造形方法にはさまざまな方式があり、熱で溶け再度固まるプラスチックを使用するものや、光を当てると樹脂が固まるものまで幅広い種類のものが用意されています。

従来はものづくりを行う企業が所有している機械という印象があり、一般ユーザーは購入しづらいものでしたが、昨今では個人や家庭でも比較的簡単に購入できるようになりました。

3Dプリンターでものづくりするメリット

3Dプリンターでものづくりをすると、どのようなメリットがあるのでしょうか?ここでは、主な3つのメリットについて詳しく解説します。

複雑な造形ができる

3Dプリンターは、複雑な造形のものを出力可能です。

たとえば、人間の腕のように有機的な形状のものを作る場合、加工には複雑な型が必要になりますし、何度か手作業で加工物を回転させる作業が発生します。また、データを機械用に変換する必要もあり、専門知識が必要になることもあります。そのため、複雑な造形のものを作ることは困難です。

しかし、3Dプリンターの場合、作成したデータ通りに出力作業を進めるため、ボタンを押すだけで出力物が完成します。したがって、イメージしたモデルを簡単に出力することができます。

さまざまな素材で試作できる

3Dプリンターは、素材を消費して物体を作り上げていきます。そこでは、メーカーが推奨している素材が使用できます。つまり、3Dプリンターの素材として一般的なPLAはもちろんのこと、カーボンや石膏、ナイロン、ワックスなど幅広い素材で試作を作ることが可能です。

そのため、試作品を作る場合には素材ごとの強度検証を行うこともできますし、型取りをする場合はワックスを、出力物をそのまま売る場合はPLAをというように、用途によって素材を取り替えられるメリットもあります。

コストを抑えられる

3Dプリンターにおける製造では、素材を用意する必要がなく、1つの素材を揃えれば試作品を作製可能です。また、他の製造方法のように型を作らなくても3次元の形状のものを作れます。そのため、ものを作る際にかかるコストを抑えられるメリットがあります。

なお、3Dプリンターのデメリットはこちらで解説しています。

3Dプリンターの使い方

今の3Dプリンターは、従来のプロ向けのものから改良が加えられ、一般ユーザーでも簡単に使えるような設計になりました。ここでは、一般ユーザーが使用する3Dプリンターの使い方を紹介します。

3Dデータの作成と読み込み

まずは、3Dデータを作成しましょう。BlenderやFusion 360といった無料で個人が利用できるソフトウェアを使用してデータを作ることもできますし、ネットで配信されているデータをダウンロードして出力することも可能です。

最初のうちは3Dデータを作ることが難しいと思いますので、一度試作品を作ることも兼ねて3Dデータをダウンロードするところから始めてみると良いでしょう。

ちなみに、3Dデータは以下のようなサイトでダウンロードすることが可能です。

データの変換

次に、用意したデータを出力するために、3Dプリンター用のデータに改変する必要があります。その際に活用するのが、「スライサー」と呼ばれるソフトです。

スライサーでは、プリントの積層幅を設定したり、モデル全体のサイズを修正したりと、3Dプリンターで出力する際に必要な条件を設定できます。

スライサーには、3Dプリンターに付属しているものや無料で配布されているもの、有料のものなどがありますが、基本的に3Dプリンターに付属しているものを活用すれば良いでしょう。

3Dプリンターによるプリント

3Dプリンター用のデータを作成できたら、プリント作業に移ります。材料を各3Dプリンターのカートリッジにセットし、3Dプリンターの手順にしたがってプリントを開始しましょう。

その際、プリンターによっては行ってはならない作業が指定されていることもあり、事前に確認しておくことをおすすめします。

プリントの指示を送り、作業が開始されれば、完成まで人が手を加える必要はありません。

 

もう少し詳しく3Dプリンターの使い方を知りたい方は、こちらの記事を参考にしてみてください。

3Dプリンターの主な造形方式

ここまで、3Dプリンターの使い方について解説しました。とはいえ、肝心なのは3Dプリンターの本体選びでしょう。

3Dプリンターにはさまざまな出力方式のものがあり、どの機械を選ぶかによっても性能は大きく異なります。ここでは、3Dプリンターの主な造形方式について詳しく解説します。

インクジェット方式

インクジェット方式の3Dプリンターは、一般的なコピー機のインク部分を樹脂に置き換えたもののことです。紫外線によって固まる樹脂をヘッドから噴射し、同時に紫外線を照射することで立体物を作っていきます。

インクジェット方式の場合、液体で立体形状を作っていくため、解像度の造形を実現可能です。また、紫外線によって硬化する素材が多数用意されていることが多く、さまざまな素材で試作品を作れるメリットもあります。

ただし、個人で使用する場合、メンテナンスに多くの工数を必要とするため、専門的な知識を持っている人におすすめの1台です。

光造形方式

光造形方式の3Dプリンターは、あらかじめ保管されている液体樹脂に対して1層ごとに紫外線を当て、樹脂を硬化させていく造形方式の3Dプリンターです。1層の硬化が終わるごとにテーブルが上昇し、次の層を構成していくような造形方法となっています。

したがって、インクジェット方式のように何もないところに液体樹脂を噴霧して造形を行うのではなく、液体が溜まっているタンクに光を照射することで積層造形を行うという違いがあります。

光造形方式の場合、材料の伸縮や熱の変化が少ない特徴があるといわれています。また、精度の高い3Dプリンターを活用することで、ほとんど積層痕のない立体を作ることが可能です。

ただし、保管されている液体が日常生活で発生する微量の紫外線で固まらないよう、徹底した保管体制を整えることが求められます。

粉末焼結積層造形方式

粉末焼結積層造形方式は、粉末状の材料にレーザーを照射することで造形するタイプの3Dプリンターです。こちらも光造形方式のようにあらかじめ用意されているタンクに光を照射させ立体物を作る方式であり、「液体」か「個体」かという点で違いがあります。

一般的な3Dプリンターは造形部分とは別にサポート材を必要とすることが多く、サポート材除去に技術が必要になります。一方で、粉末焼結積層造形方式の3Dプリンターの場合は、サポート材なしで複雑な形状の造形を実現でき、サポート材除去技術がなくても高精細なモデルを出力できます。

また、チタンや鋼材、ナイロンなどさまざまな種類の素材を活用することもでき、素材検討にも大きく役立ちます。

インクジェット粉末積層方式

インクジェット粉末積層方式は、基本的にはインクジェット方式と同様のプリント方式の3Dプリンターです。大きな違いは、プリントヘッドから着色剤や接着剤を噴出でき、色のついたモデルを作れる部分にあります。

他の3Dプリンターの場合、プリント後に表面加工を施し造形したり、使用する樹脂自体の色味を変化させたりすることで、造形カラーを変化させます。その点でインクジェット粉末積層方式の3Dプリンターは唯一無二だといえるでしょう。

このような機能があるため、フィギュア制作やプロダクトデザインなどの分野で用いられることが多いです。

ただし、1台導入に安くても500万円以上の費用がかかるため、ビジネスとして利用する目的以外では導入が難しいといえます。とはいえ、3Dデータを出力してくれるサービスも多数存在しているため、そちらを駆使すればインクジェット粉末積層方式で出力されたモデルを手にすることができるでしょう。

熱溶解積層方式

熱溶解積層方式は、ABS樹脂やPLAといった熱可塑性の樹脂を溶かし、射出することで造形を行う方式の3Dプリンターです。現在のところはこの技術で出力を行う3Dプリンターが個人用に販売されており、1台5万円以下という低価格でも導入ができるようになっています。

したがって、導入コストを抑えられますし、フィラメント(素材)自体の値段も他のものと比較して低価格のため、モックアップを作る用途では優れている方式となります。

ただし、導入においては最低でも10万円程度のものを検討すると良いでしょう。機種によっては素材の硬化時間をもとにして出力スピードを調整する機能がないものもあり、1層目と2層目がくっついてしまい、正しい造形ができなくなることもあるからです。

3Dプリンターで取り扱えるフィラメントの材料

次に、3Dプリンターで扱えるフィラメントの材料について詳しく解説します。

金属製フィラメント

その名のとおり、金属軽フィラメントは、金属素材でできているフィラメントです。

従来は焼却焼結式プリンターで使用されることが多かったですが、昨今は金属ライクの素材として、個人利用しやすい熱溶解積層方式のプリンターでも使われるようになってきました。

ただし、熱溶解積層方式の場合、100%金属でできたフィラメントがいまだ存在しておらず、数%しか金属素材が含まれていないこともあります。

樹脂製フィラメント

樹脂製フィラメントは、現在個人ユーザーが最も使いやすいフィラメントとなっています。表面の積層痕のことを考えると、実際の商品として使用することは難しいですが、プラスチック射出成形で出力される製品と素材自体は同様なので、プラスチック素材の試作検証にはもってこいの素材となっています。

フィラメントについてもう少し詳しく知りたい方は、こちらの記事を参考にしてみてください。

3Dプリンターの活用事例

「3Dプリンターってユニークな機械だけど、どのように使えば良いかわからない……」と疑問を持っている方も多いでしょう。ここでは、3Dプリンターの主な活用事例について紹介します。

アクセサリー制作

1つ目の用途は、アクセサリーの制作です。

日常生活でよく使うアクセサリーやインテリアなど、オリジナルな形状のものを作ることができます。また、中には自分がデザインしたアクセサリーを商品として販売し収益を上げている方もいます。

また、アクセサリー制作に必要なパーツを3Dで制作し組み立ては自分で行うなど、アイデアさえあれば、自分の作りたいものの可能性を高められるのが3Dプリンターの大きなメリットです。

製品の試作制作

2つ目の用途は製品の試作制作です。商品を外注して制作する際の検証段階で3Dプリンターを使うことも多いです。

たとえば、スマートフォンスタンドを作る場合に、3Dプリンターを使えば、どのような形状に仕上がるのか、耐久性は問題ないかなどを事前検証ができます。その結果、製品のクオリティを大幅に上昇させられます。

機械部品制作

故障してしまった機械のパーツを作ることもできます。たとえば、カメラのマウントアダプターを作ったり、シャープペンのノック部分を作ったりすることも可能です。

また、日常生活で「このような形状のものがあったら便利なのに」というアイデアが思い浮かんだ場合に、3Dデータさえ作れれば欲しいものを実現できることも大きな特徴です。

昨今、3Dプリンターで家を作る事例も見受けられるようになりました。2023年に愛知県小牧市にて完成した3Dプリンターの家は、完成までにかかる時間が23時間12分、300万円で販売される予定だということです。

一般的な住宅の建築費用が全国平均3,300万円程度ということを考えると、大幅なコスト削減になります。また、自然災害に対して物理的な耐久性がある球体状のフォルムを実現することもできており、機能面でも大きな効果を発揮しています。

最初の1台におすすめの3Dプリンター

3Dプリンターにはさまざまな魅力があることをお伝えしてきました。とはいえ、どのプリンターを選べば良いか迷う方も多いのではないでしょうか。ここでは、最初の1台におすすめしたい3Dプリンターの機種を3つ紹介します。

ダヴィンチmini w+

ダヴィンチmini w+

ダヴィンチmini w+は、ダヴィンチシリーズのエントリー機種であり、価格は4万5千円程度と、低コストで導入が実現できる機種です。最大出力サイズは150較的大きなサイズの造形が可能でありながらコンパクトな機種であり、家に設置しても景観を損ねないデザインとなっています。

Tiertime UP Plus2

Tiertime UP Plus2

Tiertime UP Plus2は、コンパクトなサイズでありながら高品質な出力が可能な機種です。同価格帯の3Dプリンターの中ではトップクラスの性能を持つと、多くのユーザーからの定評があります。

また、アクリル素材で作られた別売りのUP Plus2用ケースを被せれば、プリンターの温度環境を一定に保てるため、より高品質な出力を実現できます。

FLASHFORGE Adventurer4

FLASHFORGE Adventurer4

FLASHFORGE Adventurer4は、シンプルで使い勝手の良い機種です。初心者の方でも直感的に利用ができるうえ、造形も220×200×250mmと大きなサイズで出力できます。

また、ABS、PLA、パソコン、PETGなどさまざまなフィラメントを使用できるため、造形素材の幅を広げたい方におすすめの3Dプリンターです。

これら以外にも3Dプリンターを探したい場合は、こちらの記事を参考にしてみてください。

まとめ

3Dプリンターの概要や、ものづくりを行う上で活用するメリット、3Dプリンターの扱い方について解説しました。

3Dプリンターは今や個人でも購入できるような低価格帯になってきています。購入することで、自分が作ったデータを出力できるなど、ものづくりの幅が大きく広がるはずです。

今回お伝えした内容を参考に、3Dプリンターの導入を検討してみてください。

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