3D プリンタ購入ガイド

3D プリンタは、ビジネスの世界と趣味のセクターの両方に数十年で参入するための最も革新的で興味深いテクノロジーの1つです。このガイドでは、さまざまな 3D プリンタを比較して、要件に最適なデバイスの選択に役立つ情報をお届けします。

簡単に説明すると、3D プリンタはコンピュータ制御の製造デバイスです。ソフトウェアでデザインされ、定義された幅広い種類のオブジェクトを様々なプラスチックやポリマーから印刷デバイス内で 3 次元として作り出すことができます。その能力は、使用されているプリンタのサイズとモデルで決まります。

オブジェクトは材料が何層にも高速で加えられて形成されていきます。各層がその 1 つ前の層をカバーしていきます。 印刷材料 は、「エクストルーダー」と呼ばれるノズルから噴射されます。⻑いフィラメントとして供給され、熱が加えられると柔らかくなって変形可能となり、冷めると再び固まります。この造形プロセスから、産業では 3D プリンティングを説明する別の用語が生まれました - 付加製造です。

3D プリンターは、産業や商業、家庭においてプロトタイプやモデル、スペアパーツを素早く、かつフレキシブルに製造することができます。利用可能なモデルの種類には、工場向けの高性能デザインのものから家庭向けに価格が抑えられた小型の 3D プリンターまで様々なものがあります。

印刷対象のデザインは、通常3D 印刷ソフトウェア CAD(コンピュータ補助デザイン)またはAMI(Amazon マシンイメージ)のファイルとして作成されます。作成するオブジェクトの寸法が正確に定義され、多くのデザイナーは作品をダウンロードして再利用できるようにしています。

印刷を実行する前には、3D オブジェクトを表現した CAD または AMI ファイルを G コードと呼ばれるプログラミング言語に変換する必要があります。これにより、ファイルをデバイスが直接読み取ることができるようになります。変換は、「スライサー」ソフトウェアによって実行されます。

1. 構築プレートを準備する

構築プレートとは、アイテムが構築されるエリアのことを指します。プレートがしっかりとその下の台にくっつけられていることが非常に重要です。

2. フィラメントを選択する

様々な材料が利用可能で、それぞれ強みをもっています。最も多く使用されている材料としては、ABS (アクリロニトリル 、ブタジエン 、スチレン) と PLA (ポリ乳酸)があります。どちらもサーモプラスチック(熱せられると柔らかくなり、冷やされると固まるプラスチック) です。PLA は、コーンスターチまたはサトウキビからできており、生物分解可能になっています。

3. プリンタの電源を入れ、温まるのを待つ

フィラメントごとに異なる温度設定が必要になりますので慣れるようにしましょう。

4. フィラメントを充填する

細かい充填プロセスに違いはありますが、エクストルーダー (フィラメントノズル) を一定の温度に熱し、リリースレバーを敵湯してフィラメントを挿入していくのが一般的です。エクストルーダーから溶けたフィラメントが落ちてくることはまれな話ではありません。

5. 台座が正しく配置されていることを確認する

不均等または間違って配置された台座は、不正確または不均等な印刷につながる恐れがあります。結果として、構築プレートをサポートしている台座が水平になっていて、適切な高さに配置されていることが重要です。3D プリンタの中にはマニュアルで水平をとる必要があるものもありますが、自動機構が搭載されているものもあります。

6. 必要な情報を入力する

ノズルと構築プレート間の正確なギャップを定義するため、高さとレベルを測定し、プリンタソフトウェアに入力する必要があります。

7. プリント開始！

上記の手順が完了したら、G コードファイルを開いて印刷をするのみです！

3Dプリンタを購入する際には、次のようなポイントを意識して選びましょう。

造形方式で選ぶ

3Dプリンタの購入で最も大切なのは、造形方式を確認してから選ぶこと。造形方式には主に次の5種類があり、用途や目的によって選ぶと造形物の完成度が高まります。

【造形方式の種類と特徴】

• 光造形方式：複雑な造形をスピーディーに作るが、強度は低め
• インクジェット方式：造形物の色味を美しくすることに秀で、金属にもプリント可能
• 粉末焼結方式：耐久性の高い造形物を作れ、ナイロンなどに向くが金属素材も使用できる
• 熱溶解積層方式：家庭用3Dプリンタで最も多く使われ、低コストで利用できる
• 粉末接着方式：DMYKインクによるフルカラー造形が可能で、低コストだが耐久性は低い

機能性を重視して選ぶ

造形方式をどれにするか決めたら、次は機能性を確認して選びましょう。オートキャリブレーション機能というベッドを自動的に調整してくれる機能が搭載されていれば、使い始めるまでの設定のための時間や手間を省くことができるはずです。3Dプリンタを快適に使用するために、購入前に機能性もチェックしましょう。

フィラメントで選ぶ

使用できるフィラメントの種類も、3Dプリンタを購入する際の決め手となります。ただし、使用できるフィラメントの種類は造形方式によるところも大きく、主に次のように対応しています。

【造形方式による使用可能フィラメント】

• 光造形方式：樹脂（エポキシ系）
• インクジェット方式：樹脂（アクリル系）
• 粉末焼結方式：樹脂・チタン・ニッケル
• 熱溶解積層方式：樹脂（ABS・PLA）
• 粉末接着方式：石膏粉末

よくある用途は以下になります。

• 交換部品またはカスタム部品の高速製造
• アーキテクチャ、デザイン、商業用プレゼンテーション、展示用のソリッドモデルを作成
• カスタマイズされた医療機器 - 例えば、義肢部品やパーソナライズされたツール及び機器

3Dプリンタと鋳造・射出成型や切削を比較してみましょう。

【3Dプリンタ・鋳造・射出成型・切削の特徴】

3Dプリンタ

・切削・鋳造・射出成型で不可能な造形も可能

・低コストで手間をかけず造形できる

鋳造

・射出成型 ・時間とコストがかかる

・造形物の量産に適している

切削

・多くの工数が必要となる

・造形物の量産に適している

3Dプリンタと鋳造・射出成型や切削には、上記のような違いがあります。 3Dプリンタはデスクトップで簡単に造形できるため試作づくりに向きますが、複雑な形状も造れることから、射出成型で実現できない形状も作成できることに注意が必要です。 それぞれに特徴やメリット・デメリットが異なることから、用途にあわせた選択をするようにしてください。

どのくらいの種類の 3D プリンタがありますか？

3D プリンタには 10 種類のベーシックモデルがあります。

• 光造形法 (SLA)
• デジタルライトプロセッシング (DLP)
• 熱溶解積層方式 (FFF/FDM)
• 粉末焼結積層造形 (SLS)
• レーザー溶融法 (SLM)
• 電子ビーム溶解法 (EBM)
• 薄膜積層法 (LOM)
• バインダージェッティング方式 (BJ)
• マテリアルジェッティング方式 (MJ)

SLA、FFF、および SLS が最も広く使われている方式です。

SLAは、最初に開発された 3D プリント技術になります。感光性の液体樹脂をレーザービームにさらすことで機能します。オブジェクトは層ごとに構築され、樹脂が固まります。

FFFは、趣味セクター向けの 3D プリンタで一般的に使用されています。オブジェクトは、熱されたフィラメントの層が積み重なって下の部分から作られていきます。小さな事業、エンジニアリング企業、デザインスタジオにとっては非常に費用対効果の高いソリューションでもあります。

SLSは、プラスチックやセラミックなどの素材の粒を固めて結合し、3D オブジェクトを形成していきます。粉末化された原材料にレーザーでパターンが刻まれます。それからこれの層が下げられ、次の層が前回の層の上に積み上げられます。

3D プリンタの運用コストは高額ですか？

この質問に対する簡単な答えはありません。コストは購入するモデルの種類、および使用頻度によって異なります。しかし、以下の要素について考慮することは助けになります。

プリンタの購入価格

シンプルで低価格なプリンタから機能豊富な上級デザインまで、多くの異なる種類のモデルがあります。予算に適したモデルを選択する必要がありますが、エクストルーダーの目詰まりなど、技術的な問題に直面した時に必要になる可能性のあるスペア部品や3D プリンタの代替部品 についても考慮する必要があります。部品のアップグレードも、将来発生する可能性のあるコストの 1 つです。

フィラメント費用

コストは、選択したフィラメントの品質および作ろうとしているオブジェクトのサイズによってことなります。定期的に使用されているプリンタでは、1 か月あたり 1kg ロールのフィラメントが必要になる場合が多いです。無駄なフィラメントの使用を最小限に抑えることでコストを削減することができます。

電気代

一般的に、3D プリンタは家庭用の冷蔵庫と同じくらいの電気を消費します - およそ€60/年です。モデルの中には、⻑時間放置されるとアイドルモードに切り替わるものもあります。この場合も、電気が消費されます。

精度が高く、正確な数字を挙げることは難しいですが、中級クラスの 3D プリンタの平均的なランニングコストはおよそ€300/年になります。

3D プリントの技術が生まれてからどれくらい？

3D プリント技術は、1970 年代中頃に生まれ、数十年かけて商用製品へと開発されました。1990 年代にはさらなる革新がもたらされました。

3D プリンタはプラスチックだけを使用しますか？

いいえ。プラスチックが最も広く使われている造形材ですが、上級モデルの中にはモールド樹脂やセラミック、金属を使用できるものもあります。

3D プリンタには換気が必要ですか？

PLA フィラメントを使用する標準の 3D プリンターは、超微粒子のミスト及び揮発性の化学物質を放出することがわかっています。また、プラスチックの構成物質であるスチレンという物質も放出されています。研究者は病気とこのミストの吸い込みを関連付けることはできていませんが、できる限り換気をすることを推奨します。