マルチマテリアル（Multi-Material）とは、一つの製品や造形物に複数の異なる材料を組み合わせて使用する考え方や技術です。

「複合素材」と呼ばれることもありますが、厳密には、マルチマテリアルは複数の材料を一つの造形物の中で使い分けることを指し、複合材料（コンポジット）とは少し意味が異なる場合があります。

3Dプリントの分野では、1つのモデルを、

• 硬い材料
• 柔らかい材料
• 透明な材料
• 不透明な材料
• 異なる色の材料
• 異なる機能を持つ材料

など、複数の材料を組み合わせて製作する技術や方法を「マルチマテリアル」と呼びます。

例えば、

硬い樹脂の外装

＋

柔らかいゴム状のグリップ

＋

透明な窓

を一つの製品として組み合わせることで、従来は複数の部品を別々に製造して組み立てていた製品を、より効率的に製作できる可能性があります。

3Dプリントにおけるマルチマテリアル技術は、単に色を変えるだけではなく、**「一つの造形物に異なる機能を持たせる」**ことを目的として利用されるケースもあります。

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マルチマテリアルと3Dプリント

従来のものづくりでは、異なる材料を使用する場合、それぞれの部品を別々に製造し、最後に組み立てる方法が一般的でした。

例えば、

樹脂部品を製造

＋

ゴム部品を製造

＋

透明部品を製造

↓

接着・組み立て

という工程です。

マルチマテリアル3Dプリントでは、造形方法や装置によっては、複数の材料を一つの造形プロセスで扱うことができます。

例えば、

硬質樹脂

＋

軟質材料

を組み合わせて造形することで、

硬い部分

と

柔らかい部分

を一体化したモデルを作ることが可能になります。

これにより、部品点数の削減や組み立て工程の簡略化、デザイン自由度の向上などが期待できます。

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マルチマテリアルの代表的な組み合わせ

3Dプリントでは、用途に応じてさまざまな材料を組み合わせることが考えられます。

例えば、

硬質材料＋軟質材料

硬い筐体と柔らかいグリップなどを一体化します。

↓

透明材料＋不透明材料

透明な窓やレンズと、外装部分を組み合わせます。

↓

異なる色の材料

複数の色を組み合わせて、カラフルなモデルを製作します。

↓

異なる硬さの材料

硬い部分と柔らかい部分を一体化します。

↓

樹脂＋補強材料

樹脂にカーボンファイバーやガラス繊維などを組み合わせる方法もあります。

ただし、この場合は「マルチマテリアル」と「複合材料」の考え方が重なる部分があります。

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マルチマテリアル3Dプリントの方法

マルチマテリアルを実現する方法は、3Dプリント方式や装置によって異なります。

大きく分けると、

1. 1台の3Dプリンターで複数材料を切り替える
2. 1つの造形物の中で材料を部分的に変更する
3. 複数の材料を同時に造形する
4. 異なる材料で作った部品を後から組み合わせる

などがあります。

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複数の材料を切り替えて造形する方法

FDM方式などでは、複数のフィラメントを切り替えながら造形できる3Dプリンターがあります。

例えば、

材料A

↓

材料B

↓

材料A

というように、造形途中で材料を変更します。

この方法では、異なる色の材料を組み合わせたり、材料特性の異なるフィラメントを使い分けたりすることができます。

ただし、材料同士の接着性や造形条件の違いなどを考慮する必要があります。

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異なる硬さの材料を組み合わせる

マルチマテリアル3Dプリントの代表的な用途の一つが、硬質材料と軟質材料の組み合わせです。

例えば、

硬い外装

＋

柔らかいグリップ

という構造です。

一般的な製品では、硬質プラスチックの部品とゴム部品を別々に製造して組み立てます。

マルチマテリアル技術を利用すると、設計や造形方法によっては、これらを一体化したモデルを作ることができます。

このような構造は、

• グリップ
• ボタン
• パッド
• クッション
• シール部品
• ウェアラブル製品

などに応用できます。

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マルチマテリアルとフルカラー3Dプリント

マルチマテリアル3Dプリントには、複数の色を組み合わせる用途もあります。

例えば、

赤

＋

青

＋

白

＋

黒

など、複数の色を使い分けて造形することができます。

これにより、

• キャラクターモデル
• フィギュア
• デザインモデル
• 製品モックアップ
• 教育用模型

などを、塗装なしでカラー造形できる場合があります。

ただし、「複数色を使えること」と「複数の材料特性を組み合わせられること」は必ずしも同じではありません。

フルカラー3Dプリントでは、色を表現するために複数の色材を使用する場合がありますが、材料自体の硬さや柔軟性などを変えるマルチマテリアルとは目的が異なる場合があります。

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マルチマテリアルと複合材料の違い

「マルチマテリアル」と「複合材料」は、似た言葉として使われることがありますが、厳密には異なる考え方です。

マルチマテリアル

一つの製品や造形物の中で、複数の異なる材料を場所や用途に応じて使い分ける考え方です。

例えば、

硬質樹脂

＋

軟質樹脂

を組み合わせます。

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複合材料（コンポジット）

複数の材料を組み合わせて、単独の材料では得られない特性を持たせる材料です。

例えば、

樹脂

＋

カーボンファイバー

などがあります。

この場合、材料そのものを複合化して、強度や剛性などを高めます。

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マルチマテリアルとコンポジット材料

3Dプリントでは、マルチマテリアルと複合材料の技術が組み合わされることもあります。

例えば、

硬質樹脂

＋

柔軟材料

＋

カーボンファイバー強化樹脂

というように、複数の特性を持つ材料を組み合わせることで、一つの製品の中に、

• 高強度
• 柔軟性
• 軽量性
• 耐摩耗性

など、異なる性能を持たせることができます。

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マルチマテリアル3Dプリントのメリット

マルチマテリアルには、さまざまなメリットがあります。

複数の機能を一体化できる

一つの造形物の中に、異なる特性を持たせることができます。

例えば、

硬い部分

と

柔らかい部分

を一体化できます。

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部品点数を減らせる可能性がある

複数部品を組み立てていた製品を、一体化できる可能性があります。

これにより、

• 部品点数削減
• 組み立て工程削減
• 接着工程削減

などにつながる場合があります。

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複雑な製品設計が可能になる

従来の加工方法では難しかった、複雑な材料構成を持つ製品を設計できる可能性があります。

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試作品の製作に適している

異なる材料の組み合わせを実際の形状で確認できるため、製品開発や機能検証に活用できます。

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デザインの自由度が高まる

色や透明性、硬さなどを組み合わせることで、従来とは異なる製品デザインが可能になります。

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マルチマテリアル3Dプリントの注意点

マルチマテリアルには多くの可能性がありますが、注意点もあります。

材料同士の相性

異なる材料を組み合わせる場合、材料同士の接着性や相性が重要になります。

材料によっては、うまく接着しなかったり、剥離したりする可能性があります。

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収縮率の違い

材料によって硬化や冷却時の収縮率が異なる場合があります。

そのため、材料の組み合わせによっては、反りや変形が発生する可能性があります。

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造形条件が異なる

材料ごとに、

• 温度
• 硬化条件
• 造形速度
• 積層条件

などが異なる場合があります。

そのため、複数材料を組み合わせる場合は、造形条件の最適化が必要です。

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すべての3Dプリンターで対応できるわけではない

マルチマテリアル3Dプリントには、対応する装置や造形方式が必要です。

一般的な3Dプリンターでは、複数材料の一体造形ができない場合があります。

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マルチマテリアル3Dプリントの用途

マルチマテリアルは、さまざまな分野での活用が期待されています。

自動車

内装部品や操作部品などに活用される可能性があります。

医療

患者ごとに異なる特性を持つ医療モデルやデバイスの研究に活用される場合があります。

ロボット

硬い構造部と柔らかいグリップや接触部を組み合わせる用途が考えられます。

ウェアラブル製品

硬質部品と柔軟部品を組み合わせることで、身体に装着する製品への応用が期待できます。

製品試作

異なる材料特性を持つ製品の機能検証に利用できます。

デザインモデル

色や透明性、質感の異なる材料を組み合わせたモデルを製作できます。

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マルチマテリアルと3Dプリント試作

製品開発では、マルチマテリアル3Dプリントを活用することで、より実際の製品に近い試作品を作れる可能性があります。

例えば、

硬質樹脂の筐体

＋

軟質グリップ

＋

透明カバー

という製品を試作する場合、従来はそれぞれを別部品として製造して組み立てる必要がありました。

マルチマテリアル技術を活用できれば、これらの異なる材料を組み合わせた試作品を製作し、

• デザイン
• 操作性
• グリップ感
• 組み立て性
• 機能性

などを一度に確認できる可能性があります。

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マルチマテリアルと3Dプリント材料の選び方

マルチマテリアルを利用する場合は、単純に複数の材料を選ぶだけではなく、製品の用途に応じて材料を組み合わせる必要があります。

例えば、

ただし、実際に一体造形できるかどうかは、使用する3Dプリンターや材料の組み合わせによって異なります。

場合によっては、

3Dプリント

↓

別材料の部品製作

↓

接着・組み立て

という方法の方が適していることもあります。

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マルチマテリアルとは？まとめ

マルチマテリアル（複合素材）とは、一つの製品や造形物の中で複数の異なる材料を組み合わせて使用する考え方や技術です。

3Dプリントでは、

• 硬質材料
• 軟質材料
• 透明材料
• 不透明材料
• 異なる色の材料
• 繊維強化材料

などを組み合わせることで、一つの造形物に異なる機能や特性を持たせることができます。

例えば、

硬い外装

＋

柔らかいグリップ

＋

透明なカバー

というように、従来は複数の部品を別々に製造して組み立てていた製品を、マルチマテリアル技術によって一体化できる可能性があります。

マルチマテリアル3Dプリントは、

• 部品点数の削減
• 組み立て工程の簡略化
• 製品設計の自由度向上
• 機能の一体化
• 試作品の高機能化

などにつながる可能性があります。

一方で、異なる材料を組み合わせる場合には、材料同士の接着性、収縮率、造形条件、耐久性などを考慮する必要があります。

また、マルチマテリアルと「複合材料（コンポジット）」は似た言葉ですが、マルチマテリアルは複数の材料を一つの製品内で使い分けること、複合材料は複数の材料を組み合わせて一つの材料として特性を向上させることという違いがあります。

3Dプリントの技術が進化することで、今後は単一材料で製品を作るだけでなく、「硬い」「柔らかい」「透明」「高強度」など、異なる特性を一つの造形物に組み込むものづくりがさらに広がることが期待されています。

 

アリエルでは、3Dプリントによる試作品や製品モデルの製作において、用途や必要な性能に応じた材料・工法の選定を行っています。複数材料を組み合わせた試作や、異なる材料で製作した部品の接合・組み立て、磨き・研磨・塗装・コーティングなどの後加工まで含め、製品の目的に合わせた3D造形方法を検討することが重要です。