3Dプリンターでできること・無限の可能性を秘める成形装置について解説

3Dプリンターでできることについて解説する記事です。3Dプリンターは、3D CADなどで製作した3Dデータを、実際に成形して出力するための装置です。これまでのプリンターは、インクを使って平面に文字などを印刷していましたが、3Dプリンターでは平面にスライスしたデータを積み重ねるようにして立体を出力します。

3Dプリンターで何ができるのか?

3Dプリンター

3Dプリンター

3Dプリンターは、3Dデータを取り込んで立体としてプリントアウトする装置です。3D CADなどで製作した3Dデータから、立体をスライスした平面データを重ねるようにして成形出力します。1980年代にはすでに研究と開発が行われ、1990年代には産業用として利用されていましたが、一般にも注目されるようになったのはつい最近のことです。最近は安価な製品も多数登場し、一般的なプリンターと同じようなステップで手軽に立体を作れるようになったわけですが、ここでは3Dプリンターと呼ばれる装置でできることについてご説明していきます。

3Dプリンターで何ができるのか?

3Dプリンターでは、3Dデータを元にして立体を出力できるのですが、実際にはどのような形で利用されているのでしょうか?産業利用、そして家庭利用において何ができるのか解説します。

3Dプリンターの産業利用

・試作品(モックアップ)作り
製造業などにおいては、デザインイメージや実際に手にしたときの感覚を確認するために試作品(モックアップ)を頻繁に作りますが、この試作品作りに3Dプリンターが使われています。
・型作り
3Dプリンターは、試作品作りだけではなく、量産品の原型としても利用されています。3Dプリンターは、たとえばロケットエンジンの部品の様に「それほど需要はなくても確実に必要になる」部品を作るのに適しています。
・治工具(じこうぐ)
治工具は、鋳造や加工、めっきなどの工程に用いられる「治具」と各種取付け用工具、切削用「工具」などをまとめた総称で、作業位置への誘導や指示のために使われます。3Dプリンターを使えば、同じ精度で造形することが可能となり、工期の短縮につながります。
・建築模型
建築業界でも3Dプリンターは使われています。コンピュータのディスプレイで建築物の3Dデータを見ても、実際の姿はイメージしにくいものです。縮尺を縮めて小型化した建築模型を見ると、完成時の建物がイメージしやすくなります。この建設模型作りにも3Dプリンターは利用されています。
・動作検証と確認
パーツの中には可動するものがありますが、このようなパーツの動作を検証・確認する目的で立体モデルを作ります。ここでも3Dプリンターが活躍します。
・医療用モデル
体の繊細な作りを示すための医療用モデルは、作りが精密であるがゆえに価格も高くなります。医学部などで使用されるこの医療用モデルの製作に3Dプリンターを使うことでコストを抑えることができます。これは授業料を抑えることにもつながりますので、分野における人材育成にも役立ちます。

家庭用

・アクセサリーやスマホケースなど
アクセサリーやスマホケースは、もちろん産業として製造する場合もありますが、趣味として家庭で作ることもできます。もの作りを趣味にする人にとって、自分だけのオリジナルグッズを作ることは至高の喜びです。友人へのプレゼントにするアクセサリーを3Dプリンターで作るという人もいるのではないでしょうか。また、スマホケースは、たとえばiPhoneシリーズの場合はどこでも手に入れることができますが、Androidの場合はメジャーな機種以外対応する製品が見つからない場合があります。そんなときでも3Dプリンターがあれば、自分のスマホにぴったりフィットするケースを作ることができます。もちろん、オリジナルスマホをネットオークションで販売することだって可能です。
・フィギュア作り
好きなキャラクターなどのフィギュアを作ることも3Dプリンターならかんたんです。家庭用といえども、意外にキャラクターの細かい部分まで再現できるので驚かれる方もいらっしゃいます。立体データさえしっかり作れれば、自身や友人のフィギュアを作ることだって可能です。
・壊れたパーツ作り
家電製品を使っていると、樹脂パーツが傷ついてしまうことがあります。安価に手に入るのなら良いのですが、意外に高価だったり、場合によっては生産中止だったりすることもあります。こんなときに3Dプリンターを使えば、同じパーツを作ることができます。

3Dプリンターで成形する流れ

3Dプリンター

3Dプリンターを使って実際に成形する流れをご紹介します。3Dプリントの仕組みはさまざまですが、成形の流れ自体はそれほど変わりません。産業用でも家庭用でも同様です。

3Dデータの取り込み

成形したい物の3Dデータをプリンターに取り込みます。3Dデータの制作は、CADなどを扱える人であれば可能ですが、一般の人には難しいので、ネットに公開されているフリーのデータを使うといいでしょう。現在、3Dデータをダウンロードできるサイトはたくさんありますが、そんな中にはアクセサリーをはじめ、フィギュアや雑貨などの豊富なデータを公開しているサイトもありますので、お気に入りのサイト探しから始めてみるといいでしょう。

スライスソフトでデータ変換

3Dデータそのものがあっても、それだけでは立体成形することはできません。スライスソフト(スライサー)を用意してデータを変換したあと、スライスソフト内でプリント設定を行います。設定項目は、たとえば一般的な家庭用3Dプリンターであれば素材を溶かす温度、プリント精度などの項目があります。スライスソフトは市販されているものを使用しても良いですし、プリンターに付いてくるものを使用してもかまいません。

プリント

ここまででプリントアウトの準備が整いました。つづいて材料をプリンターにセットしてプリント(成形)作業に移ります。前段階のスライスソフトでの設定が正しく行われていれば、あとは待つだけ。3Dプリンターでの造形には多少時間がかかりますので、プリント作業中に、待ちきれずに触ってしまいませんよう。よくある失敗は、コンピュータを使用中に操作を誤り作業を止めてしまうこと。作業中にPCを使う際は気をつけましょう。

完成

3Dプリンターが停止していることを確認してから造形物を取り出します。プリントアウトした物を研磨したり、着色したりして、オリジナルグッズを完成させましょう。

3Dプリンターのメリットとデメリット

3Dプリンター

ここまで3Dプリンターを使った作業の流れについてご紹介しましたが、最後に3Dプリンターのメリットとデメリットをご紹介しておきます。

3Dプリンターのメリット

・複雑な物を造形

3Dプリンターは、これまでは難しかった立体の曲面や、複雑に入り組んだ形状、ラインの造形に適しています。

・コスト削減

3Dプリンターは、「試作→検討」という流れを自社で繰り返し、デザインを検証することができます。これによりプロセスはスムーズになり、コスト削減とスピードアップの両方を達成することに役立ちます。

・実物のイメージをかんたんにする

立体モデルは、手に取って眺めることで、イメージすることを手助けします。PCのディスプレイで見るよりもイメージしやすいので、クリエイティブなアイデアも生まれやすくなります。

3Dプリンターのデメリット

値段が安くなってきてはいるものの、3Dプリンターはまだ量産に向いているとは言えません。量産品はコストが命ですが、材料費が高い3Dプリンターでは1個にかかるコストが高くなってしまうのです。

強度的なデメリット

3Dプリンターは、樹脂を積み重ねることによりプリントアウトする仕組みになっています。そのため、一般的に上下の強度に不安があります。