3Dプリント

工程概要

効率的で信頼性の高い製造のために最新技術を採用

積層造形とも呼ばれ、複数の層を順次堆積・融合させて部品形状を成長させる工程です。部品は3D CADモデルに基づいて製造され、コンピューティングシステムに入力されます。3Dプリントは、製造に使用する材料の種類に応じて分類できます。

熱可塑性樹脂の3Dプリント

SLS（選択的レーザー焼結） – この3Dプリント技術は、CO2レーザーを用いて熱可塑性樹脂粉末の微粒子を融合し、部品形状を構築します。本工程で製造した部品は後処理を必要とせず、そのまま最終用途に使用できます。高精度で耐久性に優れますが、少量生産に適しています。
FDM（熱溶解積層法） – 本方式では、押出機を介して原料がシステムに導入され、ポリマーの供給移動を制御してヒーターで溶融します。この溶融ポリマーはノズルから押し出され、ビルドプラットフォームとも呼ばれるプリントベッド上に堆積されます。押出機、ヒーター、ノズルはすべてプリントヘッド内に収められています。本工程は、速度、精度、競争力のあるコストで知られています。

SLA（光造形） – 液体ポリマー樹脂にUV光を照射し、部品形状を層ごとに選択的に固化させる積層造形工程です。プリント完了後、未硬化樹脂を除去するために溶剤溶液で洗浄し、最終硬化のためUVオーブンに入れます。SLAプリント部品は、精細なディテールと表面仕上げを有します。
PolyJet – 本工程では、UV硬化性樹脂をゲル状のサポート材とともに超薄層でビルドプラットフォーム上に噴射します。各層がUV光で硬化するたびにビルドプラットフォームが下降し、工程が繰り返されます。サポート材はウォータージェットで除去され、硬化後すぐに部品を使用できます。単一のビルドで異なる材料、色、透明度の部品を、高精度、高速、精細なディテールで製造できます。

DMLS（直接金属レーザー焼結） – レーザーの熱を用いて金属粒子を連続層で融合するため、金属の3Dプリントに最も適した工程です。レーザーは3D CADモデルに従ってスキャンベッド上を誘導されます。プリント完了後、余剰粉末を除去し、残留応力を除去するために部品を熱処理します。複雑な形状および精細な形状の金属部品の製造に使用できます。
メタルバインダージェッティング – 本工程では、まず金属粉末を結合剤で融合します。部品が結合された状態はグリーンパートと呼ばれ、硬化させた後、炉で焼結します。これらの部品は収縮しやすく、やや多孔質です。

材料

完成品へと仕上げる素材

選択的レーザー焼結

ナイロン PA 6
ナイロン PA 12（ガラス充填）

熱溶解積層法

光造形

Accura 25
Accura 60
Accura Extreme Grey

PolyJet

光重合樹脂（硬質）および光重合樹脂（ゴム）

直接金属レーザー焼結

ステンレス鋼
アルミニウム
チタン

メタルバインダージェッティング

ステンレス鋼およびその混合体

対応能力

当社の技術と専門性の概要

プロジェクト範囲に基づく部品のラピッドプロトタイピング
歯科インプラント、解剖学モデル、サージカルガイド、装具など、ヘルスケア分野向け部品の製造
上記に示す幅広い材料選択
使用材料に応じた製造工程選択の柔軟性
試作および量産ロットの製造

用途と利点

競合他社に対する優位性を獲得

3Dプリントは、その優れた特長により近年急速に進歩し、航空宇宙、防衛、宝飾、消費財、試作などに広く用いられています。

複雑さ – 複雑で精細な形状およびプロファイルを容易に製造できます
柔軟性 – 同一材料でも、特性に応じて異なる工程を採用して部品を製造できます
精度 – 狭い寸法公差と高精度の部品を製造できます
再現性 – 他の代替製造工程と比較して、最も高い再現性で部品を製造できます
材料選択 – 鉄系および非鉄系合金、プラスチックなど、ほぼあらゆる材料から部品を製造できます
汎用性 – 機械サイズの制約内であれば、ほぼあらゆる部品を製造できます
ラピッドプロトタイピング – 試作を5日未満で製作でき、大幅な時間とコストの削減が可能です

よくあるご質問

ご質問にお答えします

3Dプリントとは何ですか？その重要性は何ですか？

3Dプリントは積層造形（AM）とも呼ばれ、三次元デジタルモデルから物理的な物体を作る工程であり、通常、多種多様な材料の薄い層を多数連続して積層します。
建築家のモックアップ製作や、機械技術者の工具製作に有用です。メディアハウスでは、パーソナライズされたプロモーション用ガジェットの製造に用いられます。スタートアップが筐体の試作、あるいは少量生産で筐体そのものを製作する際にも優れたツールです。
3Dプリントが広く用いられている分野には、医療、建築、エレクトロニクス、教育、自動車、試作、ツーリング、鋳造、プラスチック成形、カスタムギフトなどがあります。

3Dプリントは、製造に使用する材料の種類に応じて分類できます。採用可能な3Dプリント方式には、選択的レーザー焼結（SLS）、熱溶解積層法（FDM）、光造形（SLA）、カーボンデジタルライトシンセシス（DLS）、PolyJet、直接金属レーザー焼結（DMLS）、メタルバインダージェッティングなどがあります。詳細については、本ページの工程概要セクションをご参照ください。

熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、金属のさまざまな形状に対して、多様な材料を3Dプリントできます。詳細については、本ページの材料セクションをご参照ください。

3Dプリントは、金型やツーリングへの投資を必要とせずに精細なディテールの部品をプリントできるため、試作および新部品開発に好んで用いられ、大幅な時間とコストの削減につながります。
設計確定後、部品のサイズ、形状、複雑さに応じて、最短5日で試作部品をプリントできます。

3Dプリントは、他の従来の機械加工工程と比較して多様な用途と利点があります。ただし、あらゆる状況に理想的な生産工程ではありません。お客様の要件に応じた適切な判断ができるよう、以下に主な長所と短所を示します。
- 長所
  - 速度 – 従来の製造工程と異なり、段取りおよびツーリングが不要なため、最短1日で部品を製作できます
  - 柔軟性 – 精細な設計を有する部品の製作に最も適した工程です。設計者は機能を損なうことなく重要な形状を維持できます
  - ラピッドプロトタイピング – 工程の速度と柔軟性により、最適化のための設計変更を迅速に行えます
  - 持続可能性 – カスタム部品の製作柔軟性と投入材料の廃棄がほぼないことから、従来の製造工程と比較してより持続可能です
  - コスト効率 – 段取り時間なし、ツーリングなし、仕上げ要求の最小化、投入原材料の廃棄なし、工程監視の最小化により、多くの場合経済的です
  - 耐久性 – 3Dプリント部品は高い衝撃強度、適度な柔軟性、環境要因への高い抵抗性を有します
  - 高精度 – 最新の3Dプリント技術の進歩により、高精度・高正確性の部品を製造できます
- 短所
  - 不均一な表面仕上げ – 3Dプリント部品は複数層で構成されるため、垂直面に段差が見えることがあり、美観を損ないます。より均一な表面と外観を得るには、ベーパースムージングが必要です
  - 材料選択の制限 – 鋳造、鍛造、射出成形向けに市場で入手可能な数千種類の材料と比較して、3Dプリントの材料選択肢は少ないです
  - サイズの制約 – プリンターのサイズおよび選定により、極端に小さい、または大きい部品のプリントに制約が生じることがあります
  - 3Dプリンターの制約 – デスクトップ3Dプリンターはキットから組み立てられ、手作業で調整されることが多く、生産にばらつきが生じることがあります
  - 量産には不向き – 少量生産および試作では経済的ですが、1日100個を超える生産要求になると価値が低下する傾向があります。射出成形やダイカストなどの他工程の方が高いスループットを提供します

第一層の密着不良 – プリントの第一層がベッドに付着しない状態を指します。
- ベッドレベリングの確認 – ベッドが適切に水平でない場合、第一層がプレートに付着しないことがあります
- ベッド温度の確認 – 一部の材料は、プリントがベッドに付着するよう加熱ベッドが必要です
- 最適なプリント速度の設定 – プリント速度は層の密着に大きく影響します。速度が速いほど、ベッド密着は低下します
- ノズル高さの調整 – ノズルがベッドから高すぎると、堆積層が付着しない、または所定の位置に落ちないことがあります
- 外部接着剤の使用 – 層がベッドに付着しない場合、テープ、接着剤、ABSスラリーなどの外部接着剤を用いて適切な層密着を確保できます
ノズルからの材料押出不良 – 押出機の加熱中に内部の材料が溶融し始め、一部がノズルから滴下／滲出することで発生します。これによりノズル内に空隙が生じ、実際のプリント開始時に材料が押し出されません。
- ノズルのプライミング確保 – すべてのプリントを数層の「スカート」から開始し、実際のモデルのプリント前に材料の安定した流れを維持します
- ノズル高さの調整 – ノズルがビルドプレートに近すぎると、押出機が必要な量の材料をベッドに堆積できないことがあります。ノズル高さを適切に設定することが重要です
- フィラメントの問題確認 – フィラメントが適切に保管されず、周囲環境にさらされて材料が劣化することがあります。水分を吸収しすぎて気泡が形成されることもあり、これらの気泡が流れを阻害し、押出を乱します
インフィルの弱さ – インフィルの密度およびパターンは部品強度に重要な役割を果たします。モデルの安定性と形状も左右します。そのため、インフィルを慎重に選定・使用することが重要です。
- 最適なプリント速度の設定 – インフィルは多くの役割を果たし、他の層と同じ精度でプリントすべきです。プリント速度を調整し、一般に低速でプリントします。これは試行錯誤で容易に解決できます
- 押出幅の確認 – より大きな押出幅でインフィルをプリントすると、インフィルを大幅に強化できます。ただし、インフィル押出幅を増やすと堆積材料量も増えるため、モデルが小さいとインフィルパターンが重なることがあります。大きなモデルでのみ試すべきです
- 適切なインフィルパターンの使用 – 一部のインフィルパターンは他より強く、一部は除去が容易です。スライスソフトウェアで利用可能なインフィルパターンを試すことも、インフィルの弱さの解消に役立ちます
ストリンギングまたは滲出 – 適切なリトラクション方法で防止できます。リトラクションは、溶融材料の過剰な滲出を防ぐためのフィラメントの後退動作です。このパラメータを慎重に管理することで、滲出またはストリンギングの問題を解消できます。
- 理想的なリトラクション速度の設定 – 速度が速すぎると、溶融プラスチックが上方の未溶融フィラメントから離れ、リトラクションの目的が失われます。速度が遅いと、滲出の低減に十分でないことがあります
- 理想的なリトラクション距離の設定 – リトラクション距離は、ダイレクトドライブまたはボーデン駆動の押出システムに依存します。ダイレクトドライブ押出機は短いリトラクション距離（通常1〜2mm程度）で動作し、ボーデン押出システムは約5〜10mmのリトラクション距離が必要です。この距離は材料の種類および使用プリンターにも依存するため、最適なプリントのために慎重に求める必要があります
- ヒーター温度の調整 – 温度が高すぎると材料の粘度が低下し、フィラメントをリトラクトしても材料が滴下します。低温は滲出を止めますが、プリント品質に影響します
- 長い空走の回避 – スライサー設定の詳細により、ノズルの空走を制御できます。これらの設定は、次の堆積点までの最短経路の探索、またはオープンスペースの横断を避ける移動制御に役立ちます
そり – 堆積材料が急冷されることで発生します。冷却時に材料が収縮し、端部が持ち上がってそりが生じます。そりはプリントの割れにもつながります。
- ベッド温度の調整 – そり問題の主な解決策は、ABSなどそりが生じる材料のプリント時に加熱ベッドを使用することです。核心は第一層を加熱し、急冷させないことです
- ファン速度の調整 – 高度なスライサー設定を用いて、最初の数層ではファンを完全にオフにするか、最低速度に保ちます。それらの初期層の後にファンをオンにできます
- 最適な周囲温度の設定 – 3Dプリント時はエンクロージャーの使用が推奨されます。密閉型3Dプリンターは高価ですが、この追加費用はそり、ノズル詰まりなどの問題回避に役立ちます
- 新しいビルドプレートの試用 – 層とビルドプレート間の密着を高めるため、新しいタイプのビルド表面およびプレートを使用できます

3Dプリント工程、特にSLM方式では、プリントに使用する粉末を取り巻く雰囲気が酸化し、融点が変化してプリント部品が反ることがあります。
3Dプリント工程は溶接に類似しており、酸素が工程を汚染しないよう、アルゴンまたはヘリウムの不活性雰囲気中で融合が行われます。微量の酸素でも、部品の色および物理的特性の変化につながります。
プリント後熱処理の主な利点の一つは、応力除去効果です。プリント段階で材料に内部応力および張力が蓄積し、機械的特性を損なうことがありますが、熱処理によりこれを逆転できます。
プリント製品の特性を最適化し、耐熱性や引張強度などの追加機能を付与するために使用できます。真空熱処理は、プリント後熱処理において最良の性能を提供します。
真空の使用により、3Dプリント後に検出される表面汚染の程度を最小化し、部品の物理的性能を向上させます。また、プリント部品に対する正確で再現性の高い腐食試験も可能になります。プリント部品の美観向上にも寄与します。