今更だけど3D-プリンターについて調べてみた

今更感がありますが、一時注目されて、今はあまり聞かない3Dプリンターについて調べてみることにしました。

3Dプリンターは、RP(Rapid Prototyping)に分類される技術です。

現在、コンピューター上でモデルを確認できますが、実際に試作品を作成して現物で確認する用途があります。短時間に試作を可能にする技術として存在します。 RPとして、3次元CADで作成したデータから直接試作品を作成できる積層造形が一般的です。「積層造形法」は、材料を薄い膜状に積層して製造する記述です。

装置の種類

目的により、使用する材料や造形方法を選択する必要があります。

装置の種類については、「平成22年度版CAD利用技術者試験 3次元公式ガイドブック」から引用しました。

装置の種類

方式材料断面積層方法用途

光造形法光硬化樹脂レーザーを光源としてスポット光を樹脂表面に当て、スライス断面ごとに樹脂を硬化させて積層する樹脂モデル（強度、耐候性は低い）

粉末固着法セラミックスライス断面ごとに粉末をレーザーにより焼結して積層する鋳造型（ダイレクト型）

金属粉末形成型（ダイレクト型）

樹脂粉末スライス断面ごとに粉末にインクジェット方式で接着剤を塗布し積層する樹脂モデル

石膏、コーンスターチ石膏、澱粉モデル

溶融物堆積法熱可塑性樹脂溶融樹脂を移動ノズル先端から押し出しながら造形する樹脂モデル

スライス断面ごとに溶融樹脂をインクジェット方式で吹き出し積層する強度の必要な樹脂モデル（ABS、ポリカーボネートなど）

薄版積層法紙、樹脂シートシート材をスライス断面ごとに切断し、シート同士を接着しながら積層する樹脂モデル、木型代替

装置の種類
方式	材料	断面積層方法	用途
光造形法	光硬化樹脂	レーザーを光源としてスポット光を樹脂表面に当て、スライス断面ごとに樹脂を硬化させて積層する	樹脂モデル（強度、耐候性は低い）
粉末固着法	セラミック	スライス断面ごとに粉末をレーザーにより焼結して積層する	鋳造型（ダイレクト型）
金属粉末	形成型（ダイレクト型）
樹脂粉末	スライス断面ごとに粉末にインクジェット方式で接着剤を塗布し積層する	樹脂モデル
石膏、コーンスターチ	石膏、澱粉モデル
溶融物堆積法	熱可塑性樹脂	溶融樹脂を移動ノズル先端から押し出しながら造形する	樹脂モデル
スライス断面ごとに溶融樹脂をインクジェット方式で吹き出し積層する	強度の必要な樹脂モデル（ABS、ポリカーボネートなど）
薄版積層法	紙、樹脂シート	シート材をスライス断面ごとに切断し、シート同士を接着しながら積層する	樹脂モデル、木型代替

積層造形PR（３Dプリンター）による試作手順

3D-CAD、あるいは、３D-モデラーなどで作成したデータをSTLファイル形式で保存する。

RP専用のアプリケーションにより、STLデータを高さ方向に一定間隔でスライスし、積層ピッチごとの断面形状を得る

積層ピッチごとの断面形状を積層して、３Dデータと同じ形状のモデルを作成します。

PR（３Dプリンター）で作成したモデルの用途

意匠設計のデザイン検証

設計した製品が期待したものである必要がある場合に利用できます。操作ハンドルなど、手に持って使用するもの、体に身に着けて利用するものは、実際に形状を作成し、違和感がないか確認する必要があります。
機能評価

組み付けやはめあいのチェック、機構やシミュレーション実験などの検討を行う際に利用します。計算で検証した形状を実際に確認する際に利用します。複雑な機構や流体解析などの検証に必要なモデルを作成する際にも使用されます。
型やマスターモデル

PR（３Dプリンター）で作成したものから、シリコン型や石膏型を作成し、その型を使用して、試作品を作成する。 PR（３Dプリンター）でロウ型を作成し、それを基にロストワックス法で、鋳物金属の試作品を作成する際に使用されます。

高額な装置では、対応可能な場合がありますが、通常、作成したモデルの強度はあまりありません。強度が必要な場合は、3D-データを基に、ロストワックス法で、金属部品を作製してもらえるサービスを利用する、あるいは、NC加工機を用いた切削法で作成を依頼します。