3Dプリントとは、3D CADデータや3Dスキャンデータをもとに、材料を一層ずつ積み重ねて立体物を製作する製造技術です。正式には**積層造形(Additive Manufacturing:AM)**と呼ばれ、従来の切削加工のように材料を削って形状を作る方法とは異なり、必要な部分だけを積み上げて製作します。
近年では試作品だけでなく、治具、医療機器、自動車部品、航空宇宙部品、建築模型、アート作品、少量量産品など、幅広い分野で利用されています。設計自由度が高く、短納期で製作できることから、ものづくりの現場で欠かせない技術となっています。
一般的な流れは次のとおりです。
用途や材料に応じて、さまざまな工法があります。
| 工法 | 主な材料 | 特徴 |
|---|---|---|
| SLA(光造形) | 光硬化性樹脂 | 高精細・滑らかな表面 |
| DLP | 光硬化性樹脂 | 高速・高精度 |
| LCD | 光硬化性樹脂 | コストパフォーマンスに優れる |
| FDM | 熱可塑性樹脂 | 手軽・低コスト |
| SLS | ナイロン粉末 | 強度が高く複雑形状に対応 |
| MJF | ナイロン粉末 | 高精度・量産向き |
| SLM / DMLS | 金属粉末 | 金属部品を直接造形 |
| Binder Jetting | 金属・砂など | 高速造形・大型部品にも対応 |
3Dプリントでは、用途に応じて多くの材料が使用されます。
内部流路やラティス構造、一体化設計など、従来加工では難しい形状を実現できます。
金型が不要なため、設計データが完成すれば短期間で試作品を製作できます。
1個から必要な数量だけ製作できるため、試作やカスタム製品、小ロット生産に適しています。
トポロジー最適化やラティス構造を活用し、強度を保ちながら軽量化できます。
設計変更にも柔軟に対応でき、製品開発のスピード向上につながります。
3Dプリントはさまざまな分野で活用されています。
3Dプリントには多くの工法があり、「どれを選べばよいか分からない」という相談は少なくありません。
例えば、
など、用途によって最適な工法は異なります。
重要なのは「工法から選ぶ」のではなく、「製品の目的・使用環境・数量・納期」から逆算して選ぶことです。
3Dプリントは製造技術そのものを指し、3Dプリンターはその製造を行う装置を指します。
はい。3Dプリントは1個から製作できるため、試作品や補修部品の製作にも適しています。
はい。金属粉末を使用するSLMやDMLSなどの工法では、アルミニウムやステンレス、チタンなどの金属部品を造形できます。
はい。図面から3D CADデータを作成し、そのデータをもとに3Dプリントすることが可能です。
アリエルでは、単に造形するだけでなく、お客様の用途に合わせて最適な工法・材料・後加工まで含めたご提案を行っています。
対応内容の一例:
積層造形(せきそうぞうけい、Additive Manufacturing:AM)とは、3D CADデータをもとに材料を一層ずつ積み重ねて立体物を製作する製造技術です。
一般的には「3Dプリント」と呼ばれることが多いですが、「積層造形」は技術全体を表す正式な名称です。国際規格(ISO/ASTM 52900)でもAdditive Manufacturing(AM)が正式な用語として採用されています。
従来の切削加工が材料を削って形状を作る「除去加工(Subtractive Manufacturing)」であるのに対し、積層造形は必要な部分だけを積み重ねるため、材料の無駄を抑えながら複雑な形状を製作できる点が大きな特徴です。
「積層造形」と「3Dプリント」は混同されることが多いですが、意味には少し違いがあります。
| 用語 | 意味 |
|---|---|
| 積層造形(AM) | 製造技術全体を指す正式名称 |
| 3Dプリント | 積層造形を分かりやすく表現した一般的な呼び方 |
製造業や研究開発では「積層造形(AM)」という表現が多く使われますが、一般向けには「3Dプリント」の方が広く浸透しています。
積層造形は、以下のような工程で製品を製作します。
CADソフトで設計した3Dモデルや、3Dスキャンで取得した形状データを準備します。
3Dモデルを数百~数千枚の薄い断面データに分割し、プリンターが積層できるデータへ変換します。
工法に応じて樹脂・金属・セラミックスなどの材料を一層ずつ積み重ね、立体物を形成します。
サポート材の除去、洗浄、熱処理、研磨、塗装、機械加工などを行い、最終製品として仕上げます。
積層造形にはさまざまな方式があります。
| 工法 | 特徴 | 主な材料 |
|---|---|---|
| SLA(光造形) | 高精細・滑らかな表面 | 光硬化性樹脂 |
| DLP | 高速・高精度 | 光硬化性樹脂 |
| LCD | コストを抑えやすい | 光硬化性樹脂 |
| FDM | 手軽・低コスト | ABS、PLA、PETGなど |
| SLS | サポート不要・高強度 | ナイロン粉末 |
| MJF | 高精度・少量量産向き | PA12など |
| SLM・DMLS | 金属部品を直接造形 | アルミ、ステンレス、チタンなど |
| Binder Jetting | 高速造形・大型部品にも対応 | 金属、砂など |
内部流路、ラティス構造、中空構造など、従来の加工方法では製作が難しい形状にも対応できます。
射出成形とは異なり金型製作が不要なため、試作品や少量生産ではコストと時間を削減できます。
設計データが完成すれば、数日程度で試作品を製作できるケースもあります。
必要な部分だけを造形するため、軽量で高性能な部品設計が可能です。
製品ごとに形状を変更しやすく、カスタム品や個別最適化された部品の製作にも向いています。
現在では多くの業界で積層造形が活用されています。
| 比較項目 | 積層造形 | 切削加工 | 射出成形 |
|---|---|---|---|
| 初期費用 | ◎ | ○ | △(金型が必要) |
| 試作品 | ◎ | ◎ | △ |
| 少量生産 | ◎ | ○ | △ |
| 大量生産 | △ | ○ | ◎ |
| 複雑形状 | ◎ | △ | ○ |
| 設計変更 | ◎ | ○ | △ |
| 材料歩留まり | ◎ | △ | ○ |
ほぼ同じ技術を指しますが、「積層造形」は正式名称、「3Dプリント」は一般的な呼び方です。
積層造形の英語表記で、「AM」と略されます。製造業ではAMという略称も広く使用されています。
はい。SLMやDMLSなどの金属積層造形技術を用いることで、アルミニウム、ステンレス、チタンなどの金属部品を製作できます。
工法や数量によりますが、少量量産やカスタム製品では非常に有効です。大量生産では射出成形などが適している場合もあります。
アリエルでは、お客様の目的や要求品質に応じて最適な積層造形工法をご提案しています。
対応サービスの一例:
SLA(Stereolithography Apparatus)は、紫外線レーザーを用いて液体の光硬化性樹脂(レジン)を一層ずつ硬化させ、立体物を造形する積層造形方式です。
1980年代に実用化された世界初の3Dプリント技術の一つであり、現在でも高精度・高品質な試作品製作やデザインモデル、医療・歯科分野などで広く利用されています。
日本では一般的に「光造形」と呼ばれていますが、SLAは光造形方式の代表的な工法の一つです。
SLA方式では、液体樹脂(レジン)が入ったタンクに紫外線レーザーを照射し、照射した部分だけを硬化させます。
この工程を繰り返し、一層ずつ積み重ねることで立体形状を形成します。
SLA最大の特徴は、非常に高い造形精度と優れた表面品質です。
積層ピッチを細かく設定できるため、細かな文字や微細な凹凸、複雑な曲面も再現しやすく、試作品や意匠確認モデルに適しています。
また、透明レジンや耐熱レジン、ABSライク、PPライクなど多様な材料を選択できる点も大きな魅力です。
細かな形状や薄肉部品も高精度で再現できます。
積層痕が目立ちにくく、デザイン確認やプレゼンテーションモデルにも適しています。
内部構造や微細なディテールを忠実に造形できます。
用途に応じた材料選定が可能です。
SLAでは以下のような光硬化性樹脂が使用されます。
| 材料 | 主な用途 |
|---|---|
| 標準レジン | 外観確認・試作 |
| ABSライク | 機能試作 |
| PPライク | はめ合い確認 |
| 高耐熱レジン | 耐熱試験 |
| 高靭性レジン | 耐衝撃部品 |
| 透明レジン | レンズ・カバー |
| キャスタブルレジン | ロストワックス鋳造 |
| 歯科用レジン | 歯科模型・マウスピース |
一般的な目安です。
| 項目 | 性能 |
|---|---|
| 積層ピッチ | 約0.025〜0.10mm |
| 寸法精度 | ±0.1〜0.2mm程度(形状・サイズによる) |
| 表面品質 | ★★★★★ |
| 微細表現 | ★★★★★ |
※実際の精度は造形サイズ、材料、装置、形状などにより異なります。
SLAは、意匠性や精度が求められる製品に適しています。
| 工法 | 精度 | 表面品質 | 強度 | コスト |
|---|---|---|---|---|
| SLA | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ |
| FDM | ★★★☆☆ | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| SLS | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
| MJF | ★★★★☆ | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
SLAは光造形方式の代表的な工法で、日本では「光造形」と呼ばれることが一般的です。
透明レジンを使用することで透明感のある部品を造形できます。さらに研磨やクリア塗装を施すことで透明性を向上させることも可能です。
高靭性レジンや耐熱レジンなどを使用すれば、機能評価用の試作品にも対応できます。ただし、使用環境や荷重条件に応じて材料選定が重要です。
SLAはレーザーで一点ずつ硬化させる方式、DLPはプロジェクターで一層全体をまとめて硬化させる方式です。それぞれ造形速度や得意な用途が異なります。
アリエルでは、試作品から高精細モデルまで、用途に応じたSLA造形サービスを提供しています。
DLP(Digital Light Processing)は、プロジェクターから投影される紫外線(または可視光)を利用して、液体の光硬化性樹脂(レジン)を一層ずつ硬化させる積層造形方式です。
SLA(光造形)がレーザーで一点ずつ樹脂を硬化させるのに対し、DLPは一層全体を一度に露光して硬化させるため、高速造形が可能です。
現在では、工業用途だけでなく、歯科模型、ジュエリー、精密部品、フィギュア、医療モデルなど、高精細な造形が求められる分野で広く利用されています。
DLP方式では、光硬化性樹脂を満たしたタンクの下または上から、デジタルプロジェクターで画像を投影します。
1層分の断面画像を一括で照射し、その部分だけを硬化させます。
これを繰り返すことで立体物を完成させます。
最大の特徴は
「1層全体を一括で硬化する」
ことです。
そのため、
造形物が増えても
1層の造形時間はほぼ変わりません。
つまり、
小さな部品を多数並べて造形する場合、
SLAよりも圧倒的に効率が良くなります。
レーザー走査が不要なため、
SLAより短時間で造形できます。
画素サイズによっては
50μm以下の微細造形も可能です。
歯科模型
ジュエリー原型
フィギュア
小型部品
などに非常に向いています。
積層痕が少なく、
滑らかな表面になります。
などがあります。
プロジェクターの投影範囲によって
最大サイズが決まります。
プロジェクターの画素数で
精度が決まります。
大型造形では
画素サイズが目立つことがあります。
SLA同様、
サポート除去工程があります。
完成後には
IPA洗浄
UV硬化
が必要になります。
DLPでは
光硬化性樹脂を使用します。
代表例
| 項目 | 性能 |
|---|---|
| 積層ピッチ | 0.025〜0.10mm程度 |
| XY解像度 | 35〜75μm程度(機種による) |
| 表面品質 | ★★★★★ |
| 微細造形 | ★★★★★ |
※数値は装置や材料、造形条件により異なります。
| 比較項目 | DLP | SLA |
|---|---|---|
| 光源 | プロジェクター | レーザー |
| 硬化方法 | 面全体を一括露光 | 一点ずつ走査 |
| 造形速度 | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| 大型造形 | ★★★☆☆ | ★★★★★ |
| 小物大量生産 | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| 表面品質 | ★★★★★ | ★★★★★ |
| 微細造形 | ★★★★★ | ★★★★★ |
DLPとLCDはどちらも面露光方式ですが、
DLPは
プロジェクターを使用します。
LCDは
液晶パネルを通してUV光を照射します。
一般的に
工業用途ではDLP、
低価格機ではLCDが採用されることが多くあります。
どちらも高精度ですが、DLPは画素サイズ、SLAはレーザースポット径などによって精度が左右されます。用途や装置によって最適な方式は異なります。
小型部品の少量量産には非常に適しています。
はい。
透明レジンを使用できます。
最大の違いは
光源です。
DLPはプロジェクター、
LCDは液晶ディスプレイを利用します。
アリエルでは、高精細・高速造形が求められる試作品や小型精密部品に対し、用途に応じた光造形方式をご提案しています。
SLS(Selective Laser Sintering:選択的レーザー焼結)は、粉末状の樹脂材料にレーザーを照射し、必要な部分だけを焼結(溶融・結合)させながら一層ずつ積み重ねる積層造形方式です。
現在では、ナイロン(PA12・PA11)を中心とした樹脂部品の製作に広く利用されており、試作品だけでなく、治具、機能部品、少量量産品などにも採用されています。
SLS最大の特長は、造形中に未焼結の粉末が造形物を支えるため、サポート材が不要なことです。このため、内部流路や可動機構、一体構造など、従来加工では難しい複雑な形状も造形できます。
SLS方式では、造形装置内に樹脂粉末を薄く敷き詰め、その上からレーザーを照射します。
レーザーが照射された部分だけが焼結し、一層分の形状が完成します。
その後、新しい粉末を敷き詰め、再びレーザー照射を行う工程を繰り返して立体物を形成します。
SLSは高強度・高耐久・高設計自由度を兼ね備えた工法です。
未焼結粉末がサポート材の役割を果たすため、複雑な形状やオーバーハング構造も造形しやすく、設計自由度が高いことが大きな魅力です。
また、一度の造形で複数の部品をまとめて配置できるため、小ロット生産や多品種少量生産にも適しています。
粉末自体が部品を支えるため、サポート材の設計や除去作業が不要です。
なども造形できます。
PA12などのナイロン材料を使用することで、機能試験や実使用部品にも対応できます。
複数部品を一度に造形できるため、試作品から数十~数百個程度の少量生産にも向いています。
従来加工では困難な形状を実現でき、部品点数削減や軽量化にもつながります。
SLSでは主に熱可塑性樹脂粉末を使用します。
| 材料 | 特徴 | 主な用途 |
|---|---|---|
| PA12 | 高強度・高耐久 | 機能部品・治具 |
| PA11 | 高靭性 | 可動部品・耐衝撃部品 |
| ガラスビーズ入りPA | 高剛性 | 機械部品 |
| アルミ充填PA | 高剛性・寸法安定性 | 試験治具 |
| 項目 | 性能 |
|---|---|
| 積層ピッチ | 約0.08~0.15mm |
| 寸法精度 | ±0.2~0.5mm程度(形状・サイズによる) |
| 表面品質 | ★★★☆☆ |
| 強度 | ★★★★★ |
| 複雑形状対応 | ★★★★★ |
SLSは機能性を重視する部品に適しています。
SLSとMJFはどちらも粉末床溶融結合系の樹脂3Dプリントですが、造形方法が異なります。
| 比較項目 | SLS | MJF |
|---|---|---|
| 熱源 | レーザー | 赤外線+フュージング剤 |
| 造形速度 | ★★★☆☆ | ★★★★★ |
| 表面品質 | ★★★☆☆ | ★★★★☆ |
| 強度 | ★★★★★ | ★★★★★ |
| 少量量産 | ★★★★☆ | ★★★★★ |
| 微細形状 | ★★★★☆ | ★★★★☆ |
※用途や装置によって最適な工法は異なります。
どちらにも強みがあります。表面品質や生産性を重視する場合はMJFが有利なことがありますが、材料や用途、コストを含めて最適な工法を選ぶことが重要です。
PA12やPA11を中心に、ガラスビーズ入りやアルミ充填などの高機能材料にも対応しています。
数十~数百個程度の少量量産や多品種少量生産に適しています。
はい。ブラスト、染色、塗装、研磨などの後加工に対応できます。
アリエルでは、試作品から機能部品、少量量産まで、お客様の用途に合わせたSLS造形サービスを提供しています。
**MJF(Multi Jet Fusion)**は、HP(Hewlett Packard)が開発した粉末床溶融結合方式の3Dプリント技術です。
ナイロンなどの粉末材料を薄く敷き詰め、その上に**フュージング剤(Fusion Agent)とディテーリング剤(Detailing Agent)**をインクジェット方式で選択的に噴射し、赤外線を照射して必要な部分だけを溶融・結合させます。
従来のSLSがレーザーで焼結するのに対し、MJFは面全体を効率よく処理できるため、高速・高品質・少量量産に優れた工法として世界中の製造業で採用されています。
MJFは、粉末を敷き詰めた後に専用の薬剤を噴射し、赤外線エネルギーで溶融させます。
MJFは、造形速度・寸法精度・機械的強度・表面品質のバランスに優れています。
特に、同じ造形エリア内で複数部品をまとめて製作する場合でも生産性が高く、試作品から少量量産まで幅広く対応できます。
また、未溶融粉末が造形物を支えるため、サポート材が不要です。
インクジェット方式と赤外線照射を組み合わせることで、一度に広い面積を処理でき、短納期に対応しやすくなります。
均一な熱分布により、反りや変形を抑えやすく、安定した品質が期待できます。
PA12などの材料を使用することで、実使用を想定した機能部品や治具の製作にも適しています。
粉末が部品を支えるため、サポート設計や除去作業が不要です。
複数部品を効率よく造形できるため、多品種少量生産やカスタム製品に向いています。
代表的な材料は以下のとおりです。
| 材料 | 特徴 | 主な用途 |
|---|---|---|
| PA12 | 高強度・高耐久 | 機能部品・治具・量産試作 |
| PA11 | 高靭性・耐衝撃性 | 可動部品・耐久部品 |
| TPU | 柔軟性・弾性 | グリップ・緩衝材・シール部品 |
※対応材料は装置やサービス内容によって異なります。
| 項目 | 性能 |
|---|---|
| 積層ピッチ | 約0.08mm |
| 寸法精度 | ±0.2~0.3mm程度(形状・サイズによる) |
| 表面品質 | ★★★★☆ |
| 強度 | ★★★★★ |
| 少量量産適性 | ★★★★★ |
※実際の精度は部品形状や材料、造形条件によって異なります。
MJFは、強度と生産性を重視する部品に適しています。
| 比較項目 | MJF | SLS |
|---|---|---|
| 造形方式 | フュージング剤+赤外線 | レーザー焼結 |
| 造形速度 | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
| 寸法精度 | ★★★★★ | ★★★★☆ |
| 表面品質 | ★★★★☆ | ★★★☆☆ |
| 強度 | ★★★★★ | ★★★★★ |
| サポート材 | 不要 | 不要 |
| 少量量産 | ★★★★★ | ★★★★☆ |
どちらも優れた工法ですが、MJFは造形速度や寸法精度、量産性に優れる場合が多く、SLSは材料や装置の選択肢が広い点が特長です。用途や要求品質に応じて選定することが重要です。
PA12やPA11が代表的で、一部の装置ではTPUなどの柔軟性材料にも対応しています。
はい。ブラスト、染色、塗装、機械加工などの後加工に対応できます。
数十個から数千個程度までの少量~中量生産に適しており、製品開発やカスタム製品にも活用されています。
アリエルでは、用途や数量、要求品質に応じてMJFを含む最適な3Dプリント工法をご提案しています。