3D造形とは、3D CADなどのデジタルデータをもとに、樹脂や金属などの材料を一層ずつ積み重ねて(積層して)立体物を作り出す技術(積層造形:Additive Manufacturing)のことで、従来の切削加工と異なり、複雑な形状や内部構造も実現でき、金型不要で試作品や最終製品、空間演出まで幅広く活用されています。主に3Dプリンターと呼ばれる機械が使われ、材料や積層方法(FDM、光造形、金属粉末焼結など)によって特徴や用途が異なります。
3D CADソフトなどで立体物のデジタル設計データが必要です。
作成したデータを3Dプリンターが読み込めるように、何百、何千もの薄い2次元の層に分割(スライス)します。
そのスライスデータを読み取りながら、3Dプリンターがそのスライスデータに従って、材料(フィラメント、粉末、液体など)を一層ずつ積み重ねて形を作っていきます。
主な造形方式と特徴は、
熱溶解積層(FDM): 熱で溶かした樹脂(フィラメント)をノズルから押し出して積み重ねる。最も一般的で安価、高性能樹脂も使用可能だが、積層痕が目立ちやすい。
光造形(SLA/DLP/LCD): 紫外線に反応する液状レジン(光硬化性樹脂)に光を当てて一層ずつ硬化させる。表面が滑らかで高精度、複雑形状向き。
粉末焼結積層(SLS/PBF): 粉末材料(樹脂・金属)にレーザーを当てて焼結(溶融)させ積み重ねる。強度が高く、サポート材が不要な場合も。
材料噴射(インクジェット): インクジェットのように材料(粉末や液状)を噴射し、結合剤や光で固める。
メリットと活用分野
メリット: 複雑な形状・内部構造の実現、試作・開発スピードの向上、金型不要によるコスト削減、材料の無駄が少ない(積層方式の場合)。
活用分野: 試作品製造、医療(インプラント、模型)、建築(模型、部材)、自動車、航空宇宙、芸術作品、フィギュア、空間演出(イベント装飾)などがあります。
■ 中空形状/空洞形状
水冷管/空冷管など、流路の複雑形状は切削工法や注型工法では
製作実現が難しい、製作できない場合がある。
■ ラティス構造化した形状
軽量化、材料削減、強度を考慮した形状に3Dデータモデルを作成する事で、
容易に製作実現できる。
・肉抜き形状
・格子形状
■ 希望数量、1個、2個、3個、数個、少量製作から大量の本生産に対応
■ 色んな形状パターン、複数の試作パターン
■ プロトタイプ・試作、1個だけを作る
■ 頻繁に形状の変更が想定している場合
■ 100個、200個、小ロット/中ロットの製作費
■ 金型を作る費用との比較で安い工法を選ぶ
■ 生産中止部品、破損部品、廃盤部品を現物から作る
■ 左右対象品、左右反転した形状をコピー/復元製作する
・隅Rが小さい形状では、細かい切削エンドミルを使う必要が有る。
・微細エンドミルが無くて、製作ができない事が有る。
・小さいエンドミルを使う旋盤マシニング工法に伴うビビリという問題が有る。
・ピンカド、スロッターやワイヤーカットができない複雑形状。
・カットアウト形状が深い。
・肉厚が薄すぎる。
・突起部分が長すぎる。
でも、
3Dプリンターであれば、容易にシャープなR面を製作する事ができます。
■ 注型製作に不向きな形状
真空注型・射出成型など、注型工法での歩留まり率の安定までに一定期間を要します。
3Dプリンターであれば、形状の歩留まりが安定している。
注型製作の前に3D造形製作品を使い、確実な商品化スケジュールを!
■ 鋳型・金型・砂型のプレス成型などの製作には
原型を整え、型の検証、修繕/改良を繰り返す事でどうしても費用と工期を要します。
<製作コスト・生産コストを抑えて、ビジネスチャンスを勝ち取る>
・原型を3Dプリンターで製作する事で費用と工期を抑える。
・シリコン型で小ロット製作に耐え、商品改良に備える。
・反転型/簡易金型/本金型まで、3Dプリンターで製作する事も可能。
<スピード:時間は取引先様への付加価値! ビジネスチャンスを勝ち取る>
・万全な試作提案でも、約束期日を守れないと無意味となりゼロ点。
・ビジネス商談は先出しが優位、改善対応の時間を自ら作る。
<ハイブリッド シリコーン・モールド>
型やモールド形状を部分的に異なる素材/工法に変えて製作します。