製品開発をスムーズに進めるために、3Dプリンターで試作品を製作する企業が増えています。しかし「何から始めればいいかわからない」「思った通りの形にならず、時間がかかってしまう」と悩んでいる方も多いでしょう。

そこで、この記事では3Dプリンターで試作品を作る手順を解説します。準備のポイントや製作のコツも紹介するので、業務で試作を担当している方は最後までご覧ください。

3Dプリンターで試作品を作るメリット

3Dプリンターで試作品を作るメリットは、主に次の3点です。

• 製作コストを抑えられる
• 開発期間を短縮できる
• 複雑な形状も再現できる

製作コストを抑えられる

試作品を金型で製作している場合、形状が少しでも変更されると型の再加工が必要になり、そのたびに時間と費用がかかってしまいます。開発の初期段階では仕様が固まりきっておらず、実物を見ながら調整したい場面も多いため、金型を前提とした進め方は負担が大きくなりがちです。

しかし、3Dプリンターであれば、設計データを修正するだけで次の試作に移れます。形状を少し変えたい、寸法を確認したいといった段階でも、必要な分だけを気軽に出力できるため、試行錯誤を前提とした開発に向いています。

開発期間を短縮できる

設計データを作成してから実物を確認するまでに間が空くと、修正点や改善案が曖昧になり、改めて考え直す手間も増えていきます。3Dプリンターを使えば、設計が一区切りついた段階ですぐに形にできるため、考えが鮮明なうちに確認作業へ移れます。

画面上では気づきにくいサイズ感や使い勝手も、早い段階で把握でき、方向修正が必要かどうかをすぐに見極めることも可能です。こうした確認と修正を短いサイクルで回せることが、開発期間の短縮につながっていきます。

複雑な形状も再現できる

これまでの切削加工や金型による製作では、工具の入り方や抜き方向を考慮する必要があり、形状そのものに制限がありました。特に、内部が入り組んだ構造や曲面が連続する形状は、設計の段階で実現が難しいと判断されるケースも少なくありませんでした。

しかし、3Dプリンターは層を積み重ねるように形作るため、従来の方法では難しかった形状もそのまま造形することが可能です。これにより、これまで発想段階で諦めていた構造にも挑戦でき、設計の可能性そのものを広げられます。

3Dプリンターで試作する前にやるべきこと

試作をスムーズに進めるためには、次のような準備が必要です。

• ものづくりの流れを理解する
• 基本的な仕組みを押さえる
• 活用できる場面を把握する

ものづくりの流れを理解する

ものづくりでは、設計・試作・評価・修正という一連の流れを理解しておくことが重要です。この流れを意識していないと、試作の目的が曖昧になり、完成した試作品を前にしても適切な判断ができません。

流れを理解していれば、今回は外観確認なのか、寸法や強度の検証なのかといった試作の狙いも明確になり、適切な判断もしやすくなります。3Dプリンターを用いたものづくりの流れを詳しく知りたい方は、こちらの記事をご覧ください。

関連記事：3Dプリンターとは？導入するメリットやモノづくりの流れを解説

基本的な仕組みを押さえる

層を積み重ねて形を作るという特性上、細い部分が欠けやすかったり、向きによって強度や表面状態が変わったりします。こうした基本的な仕組みを知らずに設計すると、なぜうまくいかなかったのかが分からず、同じ失敗を繰り返してしまうこともあります。

そのため、どのように材料が積み上がり、どこに負荷がかかりやすいのかを把握しておくことが大切です。仕組みを押さえておくと、サポートが必要になりそうな形状を避ける、積層方向を考慮して肉厚を調整するといった改善案も自然と出てきます。

3Dプリンターの基本構造については、こちらの記事で詳しく解説しています。

関連記事：3Dプリンターの仕組みとは？基本構造や出力までの流れを解説

活用できる場面を把握する

3Dプリンターというと、試作品そのものを作る用途を思い浮かべがちですが、検証を進めるための補助的な道具として使う場面も少なくありません。たとえば、位置決め用の治具や仮固定のためのパーツを用意することで、組み立てや確認作業が進めやすくなります。

毎回手作業で調整していた工程も、専用の治具を用意するだけで再現性が高まり、検証の条件を揃えやすくなるでしょう。開発全体の流れを把握したうえで、どのように3Dプリンターを活用できるかを考えると、作業効率や検証精度の向上にもつながります。

3Dプリンターの活用シーンについては、こちらの記事にまとめています。

関連記事：3Dプリンターで部品を製作するメリット5選！活用シーンや注意点も解説

3Dプリンターで試作品を作る手順

3Dプリンターでの試作品製作は、次のような手順で進めるのが一般的です。

• 検証項目を明確にする
• 3Dデータを最適化する
• 目的に合う材料・造形方法を選ぶ
• 小さくテスト造形する
• 検証用の試作品を出力する
• 改善点を洗い出す

検証項目を明確にする

検証項目を整理する際は、いきなり細部を洗い出そうとするのではなく、全体の流れを一度俯瞰してみてください。部品がどの工程で使われ、どの段階で他の要素と関わるのかを追っていくと、自然と確認が必要な場面が見えてきます。

使用環境や作業手順を頭の中で順にたどることで、図面を見ているだけでは気づきにくいポイントにも目が向きます。洗い出した項目については、優先順位をつけて整理していくことが大切です。

まずは全体の干渉や大きな寸法ズレといった致命的になりやすい点を確認し、その後で操作性や細部の形状といった調整要素を見ていくと、判断が進めやすくなります。

3Dデータを最適化する

検証項目が定まったら、それに合わせて3Dデータの作り方を見直していきます。完成品を想定した形状の中には、検証には不要な要素が含まれていることも多く、そのまま造形すると時間や手間がかかりすぎてしまいます。

たとえば、検証の目的が外観ではなく内部の干渉確認であれば、周囲の形状を簡略化しても支障はありません。このように、確認したい内容を起点に形状を見直すことで、造形時のトラブルを避けやすくなり、狙ったポイントを効率よく検証できます。

目的に合う材料・造形方法を選ぶ

材料・造形方法によって、強度の出方や寸法の安定性、表面の状態は大きく変わります。そのため、検証したいポイントと材料や造形方法の特性が噛み合っていないと、結果の解釈が難しくなります。

たとえば、しなりを確認したいにもかかわらず、完成品で使用する材料よりも硬いものを選んでしまうと、設計の良し悪しを正しく判断できません。検証の目的に合った条件を選ぶことで、試作から得られた結果を設計判断に結びつけやすくなります。

必ずしも最も高性能な材料や方式を選ぶ必要はありません。検証に必要な要素を満たしていれば、造形のしやすさやコストとのバランスを取るという考え方もできます。

造形方法について詳しく知りたい方は、こちらの記事をご覧ください。

関連記事：【試作開発に！】押さえておきたい！3Dプリンターの5つの造形方式と特徴

小さくテスト造形する

いきなり検証用の試作品を出力するのではなく、まずは一部を切り出して小さく造形してみることで、全体の見通しを立てやすくなります。造形の安定性は実際に出力してみないと分からない部分も多く、データ上では問題がなさそうでも、想定外の歪みや欠けが出ることも少なくありません。

最初の段階で小さなテスト造形を行っておくと、そうした傾向を早めに把握でき、修正が必要な箇所も見つけやすくなります。肉厚の調整やエッジの処理、造形方向の見直しなども、この段階であれば大きな負担にはなりません。

小さな確認を積み重ねることで、検証用の試作品を出力する際の手戻りを抑えられます。

検証用の試作品を出力する

テスト造形で問題点を整理できたら、検証用の試作品を出力します。この段階では、確認したい項目を一通り満たす形になっているかを意識することが大切です。

細部の仕上がりに目を向けすぎると、本来見るべき動作や組み合わせの確認がおろそかになることもあります。そのため、事前に定めた検証内容に立ち返り、必要な条件が揃っているかを確認したうえで造形を進めてみてください。

改善点を洗い出す

試作品が形になったら、実物を確認しながら改善点を整理していきます。組み付けのしやすさや動きの滑らかさ、手に持ったときの感触などは、実際に試作品を使ってみることで初めて見えてくる要素です。

こうした気づきを一つずつ洗い出し、設計に反映したうえで再度試作と検証を行うことで、完成度を着実に高めていけます。3Dプリンターは短時間で再出力できるため、一度の試作で完成を目指すのではなく、小さな修正と再出力を繰り返す進め方が効果的です。

3Dプリンターで理想の試作品を作るコツ

理想に近い試作品を作るためには、以下のポイントを意識しておく必要があります。

• 必要な機能に絞って設計する
• 後処理で仕上がりを整える
• 専門業者を活用する

必要な機能に絞って設計する

試作を進めていると、設計を見直すたびに「あれも確認しておきたい」「この機能も入れておいたほうがよさそうだ」と考えが広がっていきます。最初は単純だった試作品も、修正を重ねるうちに要素が増え、いつの間にか完成品に近い構成になってしまうことがあります。

そうなると、確認したかったポイント以外の部分に目が向きやすくなり、判断の軸を見失いかねません。そこで、設計を進める途中でも「今回は何のための試作か」に立ち返り、盛り込む機能を意識的に絞っていくことが大切です。

後処理で仕上がりを整える

3Dプリンターで造形した試作品は、出力した時点ですべてが完成しているわけではありません。積層痕やサポートの跡が残っていると、形状自体は問題なくても、触ったときの印象や部品同士の当たり方に影響が出ることがあります。

このままの状態で評価を進めてしまうと、設計の問題なのか、仕上がりの問題なのかを正しく切り分けられません。そのため、どの段階でどこまで仕上げるのかを意識しながら、後処理を行うことが重要になります。

専門業者を活用する

造形条件の調整や材料選定に時間を取られ、本来考えるべき設計や検証に集中しづらくなることもあります。そうしたときに専門業者を活用すると、試作準備にかかる手間を省き、開発をスムーズに進めることが可能です。

また、自社では対応しきれない造形方式や材料を選べることも多く、検証の幅を広げるきっかけにもなります。発注の流れや注意点について知りたい方は、こちらの記事をご覧ください。

関連記事：3Dプリンター出力を依頼するメリット3選！発注の流れや注意点も解説

3Dプリンターでの試作に関するよくある質問

試作に取り組む際は、3Dプリンターに関するよくある質問も確認しておくと安心です。

• どの業界で使われている？
• 最終製品として使える？
• 作れないものはある？

どの業界で使われている？

3Dプリンターは、自動車製造業や家電業界、医療業界といった幅広い分野で活用されています。これまでは研究開発での利用が中心でしたが、最近はこれまでにない用途での使われ方も増えてきました。

たとえば、食品業界では3Dプリンティング技術を使って食べ物を作る取り組みが進み、建設業界では鉄筋コンクリートの代わりとなる構造部材の造形も行われています。具体的な活用事例はこちらの記事にまとめています。

関連記事：3Dプリンターの活用事例7選！選ばれる理由や効率的に使うコツも解説

最終製品として使える？

近年は3Dプリンターの性能が向上し、試作にとどまらず、実用目的で使われるケースも増えてきました。造形精度や寸法の安定性が高まり、用途によっては従来工法と並べて検討できる段階に入っています。

たとえば、高精度な粉末造形方式の3Dプリンターでは、高耐熱かつ高強度なプラスチック製品を製作でき、使用環境の厳しい部品に対しても有力な選択肢となっています。最終製品としての活用を検討している方は、こちらの記事もご覧ください。

関連記事：3Dプリンターは試作だけではない！最終製品造形・量産としての活用

作れないものはある？

現状の3Dプリンターでは、ガラスのような透き通った製品は作れません。一層ずつ材料を積み重ねる仕組み上、層と層の境目が光を乱反射してしまい、どうしても透明度が下がってしまいます。

また、樹脂や金属を積み重ねて造形することから、繊維のような柔らかい質感を再現するのも困難です。3Dプリンターの導入を考えている場合は、こちらの記事でどのような製品に応用できるかを確認してみてください。

関連記事：3Dプリンターでできること一覧！作れるものやできないことも解説

まとめ

この記事では、3Dプリンターを使った試作品製作の手順や、理想の試作品を作るためのコツを解説しました。3Dプリンターの仕組みやものづくりの流れを把握しておくことで、想定外のトラブルを防ぎ、試作をスムーズに進められます。

また、試作の目的に合わせて設計や後処理を調整すれば、品質を保ちつつ、開発期間の短縮につなげることが可能です。3Dプリンターは開発の効率化に役立つため、この記事を参考にしながら、自社に合った試作品製作に取り組んでみてください。

もし「社内に設備がない」「形状が複雑でうまく出力できない」といった理由で試作品を製作できない場合は、専門業者への依頼も一つの選択肢です。たとえば、弊社では粉末造形の3Dプリンターを用いて、ガラス入りナイロンによる試作品を製造しています。

耐熱性・強度ともに優れており、試作品としてだけでなく最終製品としての使用も可能です。弊社の粉末造形技術を詳しく解説した記事も公開しておりますので、ご興味をお持ちの方は「お問い合わせフォーム」よりお気軽にご相談ください。

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部品製作を効率化するために、3Dプリンターを導入する企業が増えています。しかし「従来の加工と何が違うのかよくわからない」「自社の部品にも対応できるのか不安」と悩んでいる方も多いでしょう。

そこで、この記事では3Dプリンターで部品を製作するメリット5選を解説します。向いている部品や注意点も紹介するので、製作工程を効率化したい方は最後までご覧ください。

3Dプリンターで部品を製作するメリット

3Dプリンターで部品を製作するメリットは、主に次の5つです。

• 1個から製作できる
• 設計の自由度が高い
• 納期を短縮しやすい
• 廃盤部品を再現できる
• 補修にも柔軟に対応できる

1個から製作できる

型の準備が不要なため、確認用の部品を一つだけ用意する場合でも、初期投資を最小限に抑えられます。試作段階では形状を何度も改良しますが、その都度必要分だけを出力できるため、材料ロスを大幅に削減できます。

また、製作数が読みにくい案件でも、手持ちの在庫を抱えず必要な分だけ追加する運用がしやすく、過剰在庫を防ぎやすいのも特徴です。数量に縛られず柔軟に対応できるため、設計変更が続く業務にも取り入れやすく、初めて3Dプリンターを使う企業でも導入効果を確かめながら段階的に活用範囲を広げられます。

設計の自由度が高い

3Dプリンターは複雑な内部構造をそのまま再現できるため、これまでは実現が難しかった形状にも挑戦しやすくなります。従来の加工方法では、刃物が届かない部分や滑らかな曲面を作り込むために多くの工程が発生していましたが、3Dプリンターではこうした加工上の制約が大幅に緩和されます。

たとえば、軽量化と強度をどちらも確保したい場合、内部を空洞にしたり補強を加えたりといった工夫を取り入れやすく、設計段階で描いたイメージにより近づけることが可能です。また、データを調整して再出力すればすぐに部品を用意でき、設計意図に沿った改善を短いサイクルで進められます。

納期を短縮しやすい

従来の加工方法では、複数の製造設備をどの順番で使用するか、どの工程で治具を用意するかといった段取りを細かく検討する必要があり、製作開始までに時間がかかることがあります。一方、3Dプリンターであれば、造形データを準備するだけですぐに製作に取りかかれるため、短納期の案件でも作業を滞りなく進めやすくなります。

急な仕様変更が生じた場合も、データを調整して再出力するだけで対応でき、納期遅延のリスクを抑えることが可能です。

廃盤部品を再現できる

既存製品を修理しようとしても、部品が廃盤だと作業を進められません。3Dプリンターなら現物を一つ用意して寸法を細かく測り、その情報をもとに三次元データを作ることで、元の形状に近い部品を再現できます。

摩耗や破損がある場合は、採寸時に補正を加えることで、本来の形に近づけたうえで造形することも可能です。さらに、造形データを保存しておけば次回の修理時にも同じ部品をすぐに作れるため、長期的な保全計画を立てやすくなります。

補修にも柔軟に対応できる

製造ラインで使われるカバーや治具の一部が欠けた場合、従来の加工では一部分だけを作り直すことが難しく、部品全体を交換することが一般的でした。しかし、3Dプリンターであれば損傷した箇所だけを出力し、必要な部分だけを補修して使い続けられるため、全交換に比べて大幅にコストを抑えられます。

また、同じ不具合が繰り返される場合は、補修部品の形状を少し調整して弱点を補強することも可能です。社内で必要なタイミングで補修部品を準備できるようになれば、突発的なトラブルにも短時間で対応しやすくなり、日常の設備管理にかかる負担も軽減されます。

3Dプリンターでの製作に向いている部品

3Dプリンターと相性が良いのは、次のような部品です。

• 試作・検証で使う部品
• 製造現場で使う治具
• 顧客仕様の特注パーツ

試作・検証で使う部品

設計の初期段階では、強度や組付け性など、検討を進めるうえで早めに確認したい要素が数多くあります。しかし、従来の加工方法では実物を作り上げるまでに時間を要し、必要な判断が後ろ倒しになってしまうという課題がありました。

3Dプリンターであればすぐに部品を出力できるため、形状の妥当性を早い段階で確かめて改善点を洗い出せます。サイズ感や扱いやすさといった図面では把握しづらい情報も直接確認でき、関係者間の認識共有も行いやすくなります。

製造現場で使う治具

作業現場では、部品の位置決めや保持に使う治具を、作業手順や作業者の動きに合わせて細かく調整する場面が少なくありません。従来の治具づくりでは形状に制約が生じることもありますが、3Dプリンターであれば複雑な凹凸や曲面にも対応でき、作業内容に合わせた形状を柔軟に取り入れられます。

たとえば、部品を安定して支えるための固定部や、作業者が持ちやすい持ち手の形状など、現場の要望に合わせた治具を造形できます。また、思いついた改善案をすぐに試作して確認できるため、現場の意見を改善プロセスに直結させられる点も大きなメリットです。

顧客仕様の特注パーツ

顧客から「既存装置に合わせたい」「取り付け方法を変えたい」といった要望が寄せられることは少なくありません。こうした場合でも、3Dプリンターなら要望に合わせて形状を調整し、仕様にぴったり合う特注パーツを仕上げられます。

試しに数種類の形状を用意して比較してもらうといった進め方も取り入れやすく、仕様のすり合わせを丁寧に行いたい案件にも最適です。実物を交えて意見交換を進め、設計意図のずれを最小限に抑えられるので、顧客の満足度向上にもつながります。

3Dプリンターでの製作に向いていない部品

3Dプリンターで対応が難しい部品は、次の3つです。

• 大量生産が前提の部品
• 高精度な嵌合部品
• 大型の一体部品

大量生産が前提の部品

3Dプリンターは「積層造形」と呼ばれる、一層ずつ材料を積み重ねて形をつくり上げる仕組みで造形します。そのため、部品の数が増えるほど造形に必要な時間も比例して長くなります。

一方、射出成形や金型によるプレス加工などの量産向けの製造方法は、あらかじめ金型を用意しておけば、同じ形状の品物を同時に、あるいは連続的に大量生産することが可能です。これにより、一個あたりの製造時間を大きく短縮でき、コストの最適化にもつながります。

そのため、数千や数万といった需要が見込まれる量産品の場合は、3Dプリンターではなく金型量産を選択するのが一般的です。

高精度な嵌合部品

嵌合（かんごう）部品とは、2つ以上のパーツが組み合わさって機能を果たす部品のことです。ベアリングやギヤといった嵌合部品は、わずかな引っ掛かりが性能を大きく低下させるため、高度な加工精度が求められます。

3Dプリンターでも一定の精度は得られますが、積層という造形手法の特性上、表面に凹凸ができてしまいます。もちろん、仕上げ加工を行えば滑らかにできますが、思い通りの精度を確保するのは容易ではありません。

そのため、高精度を要求される部品は、3Dプリンターで対応できるかどうかを慎重に見極めることが大切です。

大型の一体部品

造形できるサイズには上限があるため、大型の一体部品には適していません。外形が大きく厚みもある部品は、積層時の熱ムラによって変形や反りが生じやすく、安定した品質を保つことが難しくなります。

また、大型部品は造形が長時間に及ぶため、室内の温度や湿度の変化によって品質が変動する場合も少なくありません。必要に応じて分割設計を行う方法もありますが、組付け精度の確保や接合工程が追加で発生するため、設計意図を十分に再現しにくくなる可能性があります。

3Dプリンターで部品製作するときの注意点

思い通りの品質を確保するには、以下の3点を押さえておくことが大切です。

• 用途に合った材料を選定する
• 設計段階で積層方向を考慮する
• 仕上げ工程を見越して設計する

用途に合った材料を選定する

耐熱性が必要な部品に一般的な樹脂を使うと、使用中に変形しやすく、設計通りの性能を発揮できない場合があります。一方で、しなりを求める場面で硬い材料を選ぶと、想定した動きを再現できません。

樹脂や金属といった材料の種類はもちろん、同じ材料でも配合ごとに強度・耐熱性・靭性などの性能が大きく異なるため、用途に応じた選定が不可欠です。造形方式ごとに対応している材料は異なるので、まず製作する部品の材料を決めたうえで、どの方式の3Dプリンターを使うかを検討してみてください。

材料の性質を理解しておくと、設計段階でどこまで形状を細くできるか、肉厚をどう調整すべきかといった判断もしやすくなり、完成品の品質を安定させやすくなります。

設計段階で積層方向を考慮する

3Dプリンターは層を積み重ねて形をつくる造形方式のため、積層方向によって強度の出方が大きく変わります。たとえば、荷重が加わる向きと積層方向が合っていない場合、層の境目が弱点となり、想定よりも変形しやすくなることがあります。

こうした特性を理解しておかないと、外観上は問題がないように見えても、思わぬ破損につながりかねません。そのため、設計段階では荷重の向きや応力が集中する箇所を把握し、積層方向と力の伝わり方が噛み合うように形状を調整することが重要です。

また、積層方向によって表面の粗さや外観が左右されるため、初期設計の段階から造形方向を意識することで、最終的な品質を安定させやすくなります。

仕上げ工程を見越して設計する

3Dプリンターで造形した部品は、用途によって追加の仕上げが必要になる場合があります。そのため、設計段階でどの程度の後処理を行うかを想定しておくことが大切です。

たとえば、表面の粗さを整える研磨や寸法精度を高めるための切削を行う可能性がある場合は、仕上げしろをあらかじめ確保しておくことで、狙い通りの寸法に近づけやすくなります。また、ねじ穴や接合部のように精度が求められる箇所は、造形後に加工しやすい形状にしておくことで、手直しの作業をより効率的に進められます。

3Dプリンターの部品製作に関するよくある質問

3Dプリンターの導入を検討している方は、よくある質問もご覧ください。

• どういう流れで製作する？
• どんな業界・分野で活用されている？
• 出力を依頼できる？

どういう流れで製作する？

まず部品のコンセプトを決め、3Dモデルを作成します。そのデータをスライスデータに変換し、3Dプリンターに読み込ませます。

プリントを開始したら、材料が正常に供給されているか、造形物が正しく積層しているかを確認することが大切です。完成後、必要に応じて研磨や切削などの仕上げを行い、使用目的に合った状態へ整えます。

具体的な作業方法や使用上の注意点を知りたい方は、こちらの記事をご覧ください。

関連記事：3Dプリンターとは？導入するメリットやモノづくりの流れを解説

どんな業界・分野で活用されている？

自動車や家電などの製造分野では、試作品の製作に活用され、開発や研究を効率化する手段として定着しつつあります。一方、建築現場では大型の3Dプリンターを使い、構造部材をその場で直接施工する活用が広がっています。

さらに、医療の分野では模型や装置部品の作成といった従来用途だけでなく、細胞を製造するバイオ3Dプリンターの研究も始まりました。各業界の活用事例はこちらの記事にまとめています。

関連記事：3Dプリンターの活用事例7選！選ばれる理由や効率的に使うコツも解説

出力を依頼できる？

社内に設備がないという場合は、外部業者に依頼するのがおすすめです。設備投資が不要で、安定した品質が得られるため、専門知識がない方でもスムーズに利用を始められます。

また、これまでの経験から「どのような設計にすれば仕上がりが安定するか」といった具体的なアドバイスも受けられます。依頼の流れや注意点について知りたい方は、こちらの記事もあわせてご覧ください。

関連記事：3Dプリンター出力を依頼するメリット3選！発注の流れや注意点も解説

まとめ

この記事では、3Dプリンターで部品を製作するメリットや向いている部品について解説しました。3Dプリンターを導入することで、設計の幅が広がり、部品を短時間で製作できるようになります。

さらに、廃盤部品の再現や補修にも使えるため、現場でのトラブルにも柔軟に対応できます。部品製作を効率化したい方は、この記事の内容を踏まえて3Dプリンターの導入を検討してみてください。

もし「形状が複雑で自社では対応できない」「思い通りの強度が出るか不安」といった理由で3Dプリンターの導入に踏み切れない場合は、外注を活用するのも効果的です。弊社では粉末造形方式の3Dプリンターを使い、強度・耐熱性に優れた試作品を製作しています。

最大550×500×500mmまで造形可能なため、大型部品も分割せずに一体で出力することが可能です。弊社の粉末造形技術を詳しく解説した記事も公開しているので、興味をお持ちの方は「お問い合わせフォーム」からご相談ください。

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試作品や小ロット製品を効率よく作るために、3Dプリンターを利用する企業・個人が増えています。しかし「どのように業者に依頼すればいいのかわからない」「費用や品質が不安」と悩んでいる方も多いでしょう。

そこで、この記事では3Dプリンター出力を依頼するメリット3選について解説します。発注の流れや注意点も紹介するので、外注を検討している方は最後までご覧ください。

3Dプリンター出力を依頼するメリット3選

3Dプリンター出力を依頼するメリットは、以下の3つです。

• 設備投資が不要になる
• 仕上がり品質が安定する
• 設計支援が受けられる

設備投資が不要になる

3Dプリンター本体のほかにも、材料の調達やメンテナンスには一定の費用がかかります。また、装置を運用するには造形条件の設定や後処理の知識が必要で、担当者の育成にも相応の時間が必要です。

これらをすべて社内で対応しようとすると、初期投資だけでなく継続的な運用コストも膨らみます。外部業者に委託すれば、こうした負担を抑えながら最新の造形技術を活用することが可能です。

さらに、案件ごとに造形方式や材料を選び分けられるため、用途に応じて柔軟な試作を行えます。

仕上がり品質が安定する

造形は温度管理や積層ピッチの調整など、さまざまな要素が仕上がりを左右します。そのため、自社で出力を行う場合、設備の性能や担当者の熟練度によって仕上がりにばらつきが出ることも少なくありません。

しかし、専門業者では経験豊富な技術者が条件を最適化して造形を行うため、寸法の誤差や表面の粗さを最小限に抑えられます。また、業者によっては研磨・塗装・組み立てといった後工程まで一貫して対応できるため、完成品に近い状態で納品してもらえます。

設計支援が受けられる

業者はさまざまな材料や造形技術を扱っており、これまでの経験から「どの形状が造形しやすく、どんな向きで配置すれば強度が保てるか」といった具体的な提案をしてくれます。たとえば、厚みが均一でない部品や細かな凹凸を含むモデルでは、積層の向きを工夫することで層の段差が目立ちにくくなり、表面品質を改善できる場合があります。

こうした設計支援を受けることで、試作品の精度や耐久性を確保しながら、製作期間を短縮することが可能です。3Dデータに欠損や構造上の不具合があると、造形途中でエラーが発生することもありますが、多くの業者では事前にデータチェックを行い、修正にも対応してくれます。

そのため、設計知識が十分でない企業でも、安心して発注できるでしょう。

3Dプリンター出力を依頼する流れ

外部業者に3Dプリントを依頼する場合は、基本的に次のような流れになります。

• 要件を整理する
• データを準備する
• 見積もり依頼を出す
• 発注条件を確定する
• 受入検査を実施する

要件を整理する

目的が試作品なのか最終製品なのかによって、必要な精度や材料が大きく変わります。また、手触りやサイズ感を確かめたい場合と、使用時の強度を検証したい場合でも、選定すべき造形方式や材料が異なります。

そのため、適切な造形条件を設定できるよう、要件を整理しておくことが大切です。こうした情報をまとめておくことで、業者への説明が具体的になり、見積もりや提案内容の精度も高まります。

データを準備する

要件を整理したあとは、造形に必要な3Dデータを準備します。一般的にはSTLやOBJといった形式が使われますが、業者によって対応できるファイル形式が異なるため、事前に確認しておくと安心です。

また、データの精度は仕上がりの品質に直結するため、欠損や重複面、閉じていない形状がないかを確認しておくことも重要です。形状によってはサポート材の影響を受けやすい部分や、造形方向によって歪みが生じやすい箇所もあります。

こうした点を踏まえ、業者に造形方向の提案やデータ修正を相談するのも効果的です。

見積もり依頼を出す

造形方式や材料の選定に加え、仕上げの有無や希望納期など、実際の製作条件をできるだけ具体的に伝えることが欠かせません。条件があいまいなままだと、業者によって前提が異なり、見積もり金額に大きな差が出るだけでなく、納期や品質にも影響します。

また、業者に意図を汲み取ってもらえるよう、試作の目的や検証したい内容を一言添えることも大切です。依頼時にはメール本文に要点を整理し、添付データ名や寸法単位を明示しておくと、やり取りがスムーズに進みます。

発注条件を確定する

見積もり内容を確認し、納得できたら発注条件を正式に確定します。造形方式や材料が確定した後に内容を変更すると、スケジュールや費用が変動する場合があります。

そのため、合意前にすべての条件を再確認し、修正点があれば早めに共有することが大切です。特に、納品形態や受け渡し方法などは後の工程に影響するため、初回のやり取りで明確にしておくと安心です。

また、希望納期に合わせて造形や後処理がどのように進むのか、作業スケジュールの目安を確認しておくと、社内の調整も行いやすくなります。

受入検査を実施する

造形物が納品されたら受入検査を行い、仕様どおりに仕上がっているかを確認します。3Dプリントはデータに基づいて造形されていても、材料の特性や積層方向の影響により、寸法や表面の状態にわずかな差が生じることがあります。

そのため、重要寸法や取り付け部など、機能に関わる部分は丁寧に計測しておくことが大切です。また、目視だけでなく、図面や3Dデータと照らし合わせて全体の形状を確認しておくと、後工程での不具合を防げます。

もし仕様と異なる点が見つかった場合は、速やかに担当者へ連絡し、対応方法を相談してみてください。

3Dプリンター出力を依頼する際のポイント

外部業者へ3Dプリントを依頼する際は、次のポイントを意識することが大切です。

• 装置の特性を理解する
• 優先順位を明確にする
• 想定用途を共有する

装置の特性を理解する

3Dプリンターは、複雑な形状を一体で造形できるという強みがありますが、すべての製造に適しているわけではありません。たとえば、スピードを重視した大量生産には不向きで、同じ形状を量産する際は射出成形などの工法のほうが効率的です。

また、3Dプリンターは金属・樹脂・粉末などの固体材料を積層して形を作るため、繊維や布のように柔軟で連続した素材を一体で出力することは困難です。さらに、造形方向によっては層のつなぎ目が強度に影響することもあり、設計段階での考慮が必要です。

こうした装置の性質を理解しておくと、製造目的に応じた工法を選択できます。3Dプリンターの特性を詳しく知りたい方は、こちらの記事をご覧ください。

関連記事：3Dプリンターでできること一覧！作れるものやできないことも解説

優先順位を明確にする

精度・強度・外観・納期など、どの要素を重視するかによって最適な造形条件は変わります。たとえば、見た目の確認を目的とする場合は表面の滑らかさを重視した出力が適していますが、耐久試験に使う試作であれば強度を優先する必要があります。

限られた予算や納期の中ですべての要素を満たすのは難しいため、譲れない要件を決めておくと業者も提案しやすくなります。また、複数の要素を同時に求める場合は、目的を段階的に分けて依頼する方法も効果的です。

最初の試作では形状やサイズを確認し、次に強度や精度を検証する、といったように段階的に試作を重ねることで、無理なく最終的な品質を高められます。

想定用途を共有する

期待どおりの造形結果を得るには、完成品を使う場面を事前に共有しておくことが大切です。用途を明確にしておくことで、業者は条件に合った製造方法を提案でき、結果的に品質や耐久性のばらつきを防げます。

屋外設置や高温環境での使用が想定される場合には、耐熱性や紫外線への耐性を考慮した材料を選ぶなど、リスクを未然に防ぐことも可能です。また、製品に組み込むのか検証用の単体モデルとして扱うのかといった使い方を示すことで、仕上がりの方向性をより正確にすり合わせられます。

3Dプリンター出力を依頼するときの注意点

トラブルを未然に防ぐためには、次の3つのポイントを意識しておく必要があります。

• 合意内容を文書で取り交わす
• 後工程の範囲を取り決める
• 費用が変動する条件を見落とさない

合意内容を文書で取り交わす

3Dプリンター出力を依頼するときは、口頭でのやり取りだけでなく、合意した内容を文書で残しておくことが重要です。造形条件・納期・費用・納品形態などを明確に記しておくことで、双方の認識を正確にそろえられます。

メールの履歴でも構いませんが、できるだけ正式な書面として残すことで、万が一トラブルが起きた際にも確認の根拠を示しやすくなります。仕様変更や追加作業が生じた場合は、その都度改めて合意を取り直すことが不可欠です。

後工程の範囲を取り決める

仕上がりへの満足度を左右するのは、造形そのものだけではありません。3Dプリントでは、造形後の処理をどこまで業者に任せるかが品質やコストに大きく関わります。

サポート材の除去や研磨、塗装、組み立てなどの後工程を明確にしておかないと、納品後に「仕上げが想定と違う」「追加加工が必要だった」といったトラブルにつながりかねません。用途によっては、後処理の仕上がりが外観や精度に影響することもあるため、どの範囲を業者に依頼するかを事前に決めておくと安心です。

たとえば、社内で最終仕上げを行うなら、素材のまま納品してもらうことでコストを抑えられます。一方、展示や顧客への提示が目的であれば、表面処理まで一括で任せたほうが効率的です。

費用が変動する条件を見落とさない

データの修正や再造形が必要になった場合、または仕上げ工程を追加した場合には、費用が増えることがあります。さらに、材料を変更したり納期を短縮したりする場合にも、追加料金が発生するケースがあります。

こうした条件を事前に確認しておかないと、想定外の追加費用が発生し、社内での調整が必要になることも少なくありません。そのため、依頼前に「どこまでが基本費用に含まれるのか」「変更時に追加料金が生じるのか」を確認しておくことが大切です。

3Dプリント業者の選び方

満足のいく仕上がりを得るためには、次のポイントをもとに業者を選定することが重要です。

• 希望する材料に対応しているか
• 類似製品の製作実績があるか
• 見積もりの根拠が明確か

希望する材料に対応しているか

材料にはナイロン・ABS・金属などがあり、それぞれ強度や柔軟性、耐熱性などの特性が異なります。業者によって扱える材料が異なるため、まず自社の用途に合う素材に対応しているかを確認してみてください。

最適でない素材で依頼すると、造形品質の低下や強度不足につながる恐れがあります。また、対応可能な素材が限られている業者を選ぶと、後から仕様変更が難しくなることもあるため注意が必要です。

複数の材料サンプルを用意している業者もあり、実際に手に取って質感を確かめられる場合もあります。使用環境や目的に合わせて最適な素材を提案してくれる業者を選ぶことで、仕上がりの精度を高められます。

類似製品の製作実績があるか

機械部品や医療模型など、得意とする分野は業者によって異なります。また、機能試作やデザイン試作など、試作の目的によっても最適な業者は変わります。

精密な機構部品の試作を依頼したい場合、寸法精度や部品の適合性を重視した実績を持つ業者のほうが安心です。一方で、展示用モデルや外観重視の造形を求める場合は、表面仕上げや塗装に強みを持つ業者が適しています。

過去の製作事例を確認することで、仕上がりの傾向や対応力を把握しやすくなります。実績が公開されていない場合は、相談時に「類似製品の造形経験があるか」を尋ねてみてください。

見積もりの根拠が明確か

見積もりには材料費・造形費・後処理費・データ確認費などが含まれますが、内訳が不明確だと、追加費用が発生した際にその妥当性を判断できません。信頼できる業者であれば、費用の算出方法を具体的に説明し、造形方式や材料を変更した場合の金額差も提示してくれます。

また、納期短縮や特殊仕上げといったオプション費用の条件を事前に示してもらえるかも確認してみてください。説明が丁寧な業者ほど発注後の対応も誠実であることが多いため、金額の安さよりもわかりやすさや姿勢を重視して選ぶことが大切です。

まとめ

この記事では、3Dプリンター出力を依頼するメリットや発注の流れ、注意点について解説しました。外部に依頼することで、初期投資を抑えながら試作品を作ることが可能です。

また、専門知識を持つスタッフの設計支援を受けることで、仕上がりの精度も安定します。そのため、コストや品質を重視して試作を進めたい方は、この記事を参考にしながら信頼できる業者に依頼してみてください。

弊社では粉末造形の3Dプリンターを活用し、ガラス入りナイロンによる試作品を製造しています。耐熱性・強度ともに優れており、試作品としてだけでなく最終製品としても使用可能です。

ワークサイズも550×500×500mmと広く、大型部品も分割せずに一体造形が行えます。弊社の粉末造形技術について詳しく解説した記事も公開しているので、興味をお持ちの方は「お問い合わせフォーム」からお気軽にご相談ください。

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製造現場の効率化や新しい価値を生み出す手段として、3Dプリンターが注目されています。しかし「自社でどう活用すればいいかわからない」「導入しても使いこなせるか不安」と悩んでいる方も多いでしょう。

そこで、この記事では3Dプリンターの活用事例7選を紹介します。選ばれる理由や効率的に使うコツも解説するので、導入を検討している方は最後までご覧ください。

3Dプリンターの活用事例7選

3Dプリンターの導入を検討している方は、次の7つの事例をチェックしてみてください。

• 自動車製造業（本田技研工業株式会社）
• 家電業界（パナソニック株式会社）
• 医療業界（株式会社リコー）
• 食品業界（OPENMEALS）
• 建設業界（清水建設株式会社）
• アパレル業界（ミズノ株式会社）
• 航空業界（三菱電機株式会社）

自動車製造業（本田技研工業株式会社）

本田技研工業株式会社（Honda）では、金属3Dプリンターを活用し、自動車開発の効率化と高精度化を実現しています。たとえば、F1マシンのピストンやタービンハウジングの製造では、従来不可能だった薄肉構造や軽量化を実現し、性能向上に役立ちました。

また、車いすレーサーのハンドル製造では、選手一人ひとりの体格や要望に合わせて形状を最適化し、強度と軽さを両立させた部品を提供しています。四輪・二輪・モータースポーツ・航空宇宙など、幅広い領域で3Dプリンターの活用が期待できるとしています。

出典：本田技研工業株式会社「革新的なカタチをスピーディーに作る「金属3Dプリンター」」

家電業界（パナソニック株式会社）

パナソニック株式会社では、設計部門やデザイン部門を中心に3Dプリンターを活用しています。FDM方式やインクジェット方式といった樹脂造形は検証用途に活用し、金属光造形は高機能金型加工へ応用して量産型としての実用化を可能にしました。

2005年ごろからAV家電製品の設計試作用途として導入を始め、現在では家電・住宅関連・車載関連など幅広い分野に展開しています。さらに、パナソニック生産技術本部では、少量多品種に対応したカスタム仕様家電の生産体制の実現を目指しています。

出典：パナソニック株式会社「3Dプリンティング技術のパナソニックでの活用と今後の展望」

医療業界（株式会社リコー）

株式会社リコーは、プリンター開発で培った技術を応用し、バイオ3Dプリンターを開発しました。この技術は、細胞を傷つけることなく微小な液滴（ドロップレット）に包み込みます。

その結果、高い細胞生存率を保ちながら、均一なカプセル化細胞を効率的に製造することが可能です。異なる種類の細胞を正確に配置することにより、よりヒトに近い組織を作り出せます。

創薬や再生医療の発展に貢献し、動物実験の代替にもつながることが期待されています。

出典：株式会社リコー「バイオ3Dプリンター 細胞カプセル化技術で新たな再生医療の実現に貢献」

食品業界（OPENMEALS）

OPENMEALS（オープンミールズ）は、食とデジタル技術を融合させた新しい食体験を創造するクリエイティブチームです。「CYBER WAGASHI」プロジェクトでは、3Dプリンティング技術を活用して和菓子の新しい表現を追求しています。

日本近郊の気圧や風速、東京の気温といった気象データを取り込み、その日の環境を和菓子の形や色に反映します。たとえば、風が強い日は大きく荒々しい造形になり、暑い日は暖色系の彩りとなることで、その日の天候を直感的に感じ取ることが可能です。

出典：OPENMEALS「CYBER WAGASHI」

建設業界（清水建設株式会社）

清水建設株式会社は、材料噴射型3Dプリンティング技術を実際の施工現場で初めて導入しました。施工対象は鉄筋コンクリート柱2体で、現場にロボットアーム型のモバイルプリンターと自動材料製造装置を持ち込み、断面積0.4m²・高さ2mの構造部材をその場で直接施工しました。

本技術の活用により施工時間は1本あたり2時間50分で従来の工法に比べて約4割短縮しています。造形された構造部材は耐力・靱性が従来の鉄筋コンクリート部材と同等以上であると実証されており、木製型枠の使用量削減による環境負荷軽減も期待されています。

出典：清水建設株式会社「材料噴射型3Dプリンティング技術を実工事に初適用」

アパレル業界（ミズノ株式会社）

ミズノ株式会社は、パーソナルフィッティングシューズ「3D U-Fit」を開発しています。足幅や左右のサイズの違いによってシューズ選びに悩む人は多くいましたが、従来の製造工程ではソールを個人に合わせて調整することは困難でした。

そこで、足形を詳細に計測し、そのデータをもとに3Dプリンターでソールを造形することで、一人ひとりに最適なシューズを作り上げています。造形されたソールは独自の構造により、荷重分散による負荷軽減と心地よいクッション性を両立し、これまでにないフィット感を実現しています。

出典：ミズノ株式会社「パーソナルフィッティングシューズ「3D U-Fit」の開発」

航空業界（三菱電機株式会社）

三菱電機株式会社は、3Dプリンターを活用し、宇宙空間で人工衛星用アンテナを製造する技術を開発しました。太陽光の紫外線で硬化する新たな樹脂を採用することで、真空下でも安定した積層造形を実現しています。

これにより、ロケットや人工衛星のサイズ制約を受けず、小型衛星でも大型のアンテナを搭載することが可能です。さらに、展開機構や打ち上げ時の振動対策が不要になることで、軽量化と打ち上げコストの低減につながります。

出典：三菱電機株式会社「宇宙空間において3Dプリンターで人工衛星アンテナを製造する技術を開発」

3Dプリンターが活用される理由

3Dプリンターには次のような特徴があるため、幅広い業界で活用されています。

• 短時間で試作できる
• 製品の品質を高められる
• オーダーメイド製品を提供できる

短時間で試作できる

これまでの試作では、金型の製作や加工工程に時間がかかり、数週間から数か月を要することも珍しくありませんでした。しかし、3Dプリンターを使えば設計データをもとに直接造形できるため、複雑な形状でも短期間で形にできます。

また、設計段階で修正が必要になった場合でも、データを更新してすぐに再出力できるので、アイデアを高速で検証することが可能です。試作から改良までの流れを短縮することで、製品をより早く顧客に届けられ、市場での競争力向上につながります。

製品の品質を高められる

従来の製造方法は、人間による加工や組み立て作業が多く、作業者のスキルや経験に左右されていました。しかし、3Dプリンターを活用すれば、設計データをそのまま反映して造形できるため、人為的な誤差が少なく、より精度の高い仕上がりが実現できます。

これにより、試作品の品質が安定し、設計段階での検証精度も高まります。その結果、効率的に改良を重ねられ、製品全体の完成度を引き上げることが可能です。

オーダーメイド製品を提供できる

製品づくりの現場では、効率を重視して同じ仕様のものを大量に生産するのが一般的でした。そのため、利用者ごとに異なる要望に対応するのは難しく、コストの面からも現実的ではありませんでした。

3Dプリンターなら設計データを変更するだけで形状を自由に調整でき、一人ひとりに合わせた製品をすぐに作れます。オーダーメイド品は使用者の満足度を高め、競争力を強化する大きな強みとなります。

3Dプリンターを効率的に活用する方法

3Dプリンターを効果的に活用するには、次のポイントを押さえておくことが重要です。

• 用途に適した材料を選ぶ
• 保守・点検を習慣にする
• 短いサイクルで検証する

用途に適した材料を選ぶ

3Dプリンターは樹脂や金属など多彩な材料を扱えますが、それぞれ性質が大きく異なります。強度が必要な部品には金属、軽さを優先するなら樹脂といったように、用途に応じた材料選びが欠かせません。

条件に合わない材料を使うと、完成品が壊れやすくなったり、期待どおりの性能を発揮しなかったりします。また、3Dプリンターの種類によって対応できる材料が限られるため、事前にどの方式がどの材料に対応しているかを確認しておくことが重要です。

造形方式ごとの特徴について知りたい方は、こちらの記事をご覧ください。

関連記事：【試作開発に！】押さえておきたい！3Dプリンターの5つの造形方式と特徴

保守・点検を習慣にする

3Dプリンターは便利なものですが、精密機器である以上、日常的な保守や点検を欠かすと性能が落ちてしまいます。たとえば、造形に使うノズルには樹脂の残りやほこりが付着しやすく、放置すると材料がうまく流れず出力が乱れる原因になります。

また、造形台（プラットフォーム）の水平がわずかにずれるだけでも、積層の精度が下がり、仕上がりが安定しません。こうしたトラブルを防ぐためにも、使用している3Dプリンターの仕組みを理解し、定期的にチェックすることが大切です。

基本的な仕組みについては、こちらの記事で詳しく解説しています。

関連記事：3Dプリンターの仕組みとは？基本構造や出力までの流れを解説

短いサイクルで検証する

試作品を一度作って終わりにするのではなく、短い間隔で修正と再造形を繰り返すことで、方向性を見定めながら開発を進められます。3Dプリンターはデータを更新すればすぐに再出力できるため、設計段階で立てた仮説を即座に検証できるのが大きな強みです。

たとえば、構造の強度や操作性など、実物を手にしてみなければ分からない点を早い段階で確認し、課題をすばやく洗い出せます。小さな不具合や改良点をその都度解消できるため、深刻な設計ミスによる手戻りを避けやすくなり、全体の開発効率が向上します。

3Dプリンターの活用法に関するよくある質問

3Dプリンターを導入しようか迷っている方は、よくある質問も参考にしてみてください。

• 活用しづらい分野は？
• ものづくりの流れは？
• 試作だけでなく製品にも使える？

活用しづらい分野は？

大量生産が前提となる分野は、3Dプリンターにはあまり向きません。同じ仕様の製品を一度に数千から数万単位で生産する場合は、金型を使った従来の方法のほうが効率的でコストも抑えられます。

また、繊維のような布素材の一体出力も難しいため、アパレルやファッションの分野では利用シーンが限られるのが現状です。3Dプリンターの活用が難しい分野については、こちらの記事で解説しています。

関連記事：3Dプリンターでできること一覧！作れるものやできないことも解説

ものづくりの流れは？

まず製品のコンセプトを決め、造形に必要な3Dモデルを作成します。次に、そのデータをスライスデータに変換して3Dプリンターに読み込みます。

材料を準備し、動作条件を設定して出力を開始すれば、製品の完成です。詳しい手順を知りたい方は、こちらの記事をご覧ください。

関連記事：3Dプリンターとは？導入するメリットやモノづくりの流れを解説

試作だけでなく製品にも使える？

3Dプリンターはこれまで主に試作品づくりに使われてきましたが、近年は最終製品の製造にも応用されています。製造業では、従来の加工方法では難しかった複雑な形状の部品作りに利用され、設計の自由度が広がりました。

建築分野でも構造物を直接出力する取り組みが進んでおり、これまでの施工方法では実現しにくいデザインや効率的な施工が可能になっています。強度や耐熱性に優れる製品を作る場合には、粉末焼結積層造形方式の3Dプリンターが適しています。

最終製品での活用を検討している方は、粉末造形のメリットとデメリットを解説したこちらの記事も参考にしてみてください。

関連記事：【SLS方式】粉末造形とは？ナイロン6で造形できるメリットは？

まとめ

この記事では、3Dプリンターの活用事例や効率的に使うためのコツを解説しました。自動車製造や医療、アパレルなど、多様な分野で3Dプリンターが活用されています。

製造現場の効率化にとどまらず、オーダーメイド製品の提供や新しい価値の創出にもつながっています。そのため、3Dプリンターに興味がある場合は、この記事を参考にしながら自社でどのように応用するか検討してみてください。

もし「どの材料を選べばいいのかわからない」「思った通りの形状で出力できるか不安」といった理由で導入をためらっている場合は、外部の専門業者に依頼するのが効果的です。外注を活用することで、導入費用を押さえつつ、高品質な試作品を製作できます。

たとえば、弊社では粉末焼結積層造形方式の3Dプリンターを用いて、耐熱性・強度ともに優れたプラスチック試作品を製造しています。弊社の粉末造形技術を紹介した記事も公開しておりますので、ご興味をお持ちの方は「お問い合わせフォーム」よりお気軽にご相談ください。

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ものづくりを効率化するために、3Dプリンターを活用する人が増えています。しかし「どんなものが作れるのかわからない」「自分の業務や趣味に活かせるか知りたい」と悩んでいる方も多いでしょう。

そこで、この記事では3Dプリンターでできること・できないことを解説します。個人・法人それぞれの活用例も紹介するので、導入を検討している方は最後までご覧ください。

3Dプリンターでできること

3Dプリンターでできることは、主に以下の3つです。

• 試作品の製作
• オリジナル製品の少量生産
• 想像力を育てるものづくり体験

試作品の製作

従来は試作品を作るたびに金型を用意したり、専門の加工機械を使ったりする必要があり、時間も費用も大きな負担になっていました。しかし3Dプリンターを使えば、設計データを用意するだけでそのまま立体物として出力できるため、短期間で試作品を作れます。

試作品を早く作れると、実際に手に取って質感や大きさを確認し、改良点を見つけやすくなります。たとえば、手に持ったときの感触や組み立てのしやすさ、部品同士の噛み合わせなどは、図面では気付きにくい部分です。

実物を作って確認することで、細かな調整を重ねながら完成度を高められます。

オリジナル製品の少量生産

大量生産に適した金型は初期費用が高いため、少量生産では採算が合いにくいです。しかし、3Dプリンターなら金型を使わずに一つずつ直接出力できるため、必要な分だけ柔軟に生産できます。

思いついたアイデアをすぐに形にしたいときや、顧客ごとにカスタマイズした製品を作りたいときに役立ちます。さらに、在庫を抱えるリスクを抑えられるため、小規模なビジネスでオリジナル製品を展開する際にも効果的です。

想像力を育てるものづくり体験

3Dプリンターはビジネス用途だけでなく、子どもが楽しめる学びの道具にもなります。自分の頭の中にあるイメージを形にする体験は、想像力を伸ばしつつ、ものづくりの楽しさを実感するのに最適です。

たとえば、子どもが描いた絵を立体化すれば、自分の発想が現実の形になる感動を味わえるでしょう。また、3Dプリンターはデータをもとに作るため、デジタルリテラシーを身につける学習にも役立ちます。

設計ソフトを操作してデータを修正したり、出力後に改良点を見つけたりする経験は、思考力と課題解決力を高めるきっかけになります。

3Dプリンターでできないこと

3Dプリンターで対応が難しいことは、次の通りです。

• スピード重視の大量生産
• 繊維のような布素材の一体出力
• ガラスのように透き通る造形

スピード重視の大量生産

3Dプリンターは一層ずつ積み重ねながら出力することから、造形に時間がかかります。そのため、射出成形やプレス加工のように一度に多数の部品を作れる仕組みと比べると、生産のスピードはどうしても劣ります。

少量や試作品であれば金型を用意しなくて済むので費用を抑えやすいですが、数百から数千といった規模の生産になると、出力にかかる材料費や稼働時間が積み重なり、結果的にコストが高くなりがちです。

繊維のような布素材の一体出力

樹脂や金属などを積み重ねて造形するため、繊維のように柔らかくしなやかな布素材を再現するのは難しいです。布は細い糸が複雑に編み込まれてできており、通気性や伸縮性に優れていますが、こうした構造を精密に表現するには現在の技術では限界があります。

もちろん、格子状の構造を工夫すれば布に近い柔軟性を再現できますが、本物の布のような自然な肌触りや質感を実現するのは容易ではありません。そのため、アパレルやファッションの分野では、3Dプリンターで布そのものを作るというよりも、装飾品や立体的なパーツを出力して既存の布と組み合わせる活用方法が現実的です。

ガラスのように透き通る造形

3Dプリンターでガラスのように完全に透き通った造形を作るのは、現状ではまだ難しいです。層を積み重ねて造形する仕組みのため、層と層の境目が光を乱反射させてしまい、透明度がどうしても下がってしまいます。

樹脂を使えばある程度の透明感は出せますが、光をそのまま通すほどのクリアさは実現できません。もちろん、出力後に研磨やコーティングを行えば透明度は高められるものの、時間や費用がかかるため、多くの部品を安定して仕上げるのは現実的ではありません。

このような理由から、光学レンズやショーケースなど透明性が求められる製品では、従来のガラス加工や射出成形による透明樹脂が主流です。

3Dプリンターで作れるもの（個人向け）

3Dプリンターを活用すれば、個人でも次のようなものを製作できます。

• 人物・建物のフィギュア
• 子ども用のおもちゃ
• オリジナルのアクセサリー
• シンプルな収納グッズ
• ガジェットの周辺アイテム

人物・建物のフィギュア

3Dプリンターは、人物や建物の特徴を立体的に再現できます。そのため、好きなキャラクターのフィギュアを自宅で製作したり、自分でデザインした建物を形にしたりと、趣味をより深く楽しめます。

縮尺を変えれば、手のひらサイズのミニチュアから存在感のあるディスプレイ用まで、自由に作れるのも魅力です。

子ども用のおもちゃ

パズルや積み木などの知育玩具を自分でデザインして、世界にひとつのおもちゃを作れます。市販品にはない独自のアイデアを取り入れられるので、子どもの好みに合わせた特別なおもちゃに仕上げられます。

また、市販のおもちゃは一部が壊れると買い直さなければなりませんが、自作のおもちゃであれば壊れた部分だけを作り直すことも可能です。子どもが描いたキャラクターやお気に入りの動物を立体化すれば、遊び道具としてだけでなく宝物にもなるでしょう。

オリジナルのアクセサリー

市販品ではデザインやサイズが限られているため、思い通りのアイテムを見つけられないこともあります。3Dプリンターを使えば、指にぴったり合うリングや、好きなモチーフをあしらったペンダントなどを自在に作れます。

家庭用3Dプリンターで使われる樹脂は、軽くて扱いやすく、普段使いのアクセサリー作りに最適です。さらに、表面を研磨したり塗装したりすることで、仕上がりを自分好みにアレンジできるのも楽しみのひとつです。

シンプルな収納グッズ

机の上で散らかりやすい文房具をしまう箱や、引き出しの中で小物を仕切るトレーなど、収納グッズを作るのも人気です。市販品はサイズや形が限られているため、スペースにぴったり合うものを探すのは簡単ではありません。

3Dプリンターなら必要な寸法を測ってオーダーメイドのように仕上げられるため、机まわりをすっきり整理できます。

ガジェットの周辺アイテム

スマートフォンやタブレット、ゲーム機といったガジェットを快適に使うための周辺アイテムも自作できます。たとえば、机の上でスマートフォンを立てかけるスタンドや、ケーブルが絡まないように収納するホルダー、ゲーム機のコントローラーをまとめて収納するラックなど、自由にデザイン可能です。

さらに、新しいモデルが出たばかりで市販のアクセサリーが手に入らなくても、3Dプリンターなら寸法を測ってすぐに作れます。

3Dプリンターで作れるもの（法人向け）

法人で3Dプリンターを導入すれば、次のようなものを製作できます。

• 製品開発用の試作モデル
• 製造現場で使用する治具
• 展示会用の外観サンプル
• 自社製品のカスタムパーツ
• 生産ラインの保護カバー

製品開発用の試作モデル

新しい製品を開発する際には、設計段階から関係者が共通のイメージを持ち、方向性をすり合わせることが欠かせません。3Dプリンターを使えば、設計段階のアイデアを実際の形にして共有できるため、図面やCGだけでは伝わりにくい細部のイメージを共有できます。

これにより、意思決定や開発サイクルのスピードを向上させることが可能です。また、顧客に試作モデルを見せれば、要求を具体的にすり合わせやすくなり、後工程での修正や手戻りを減らせます。

製造現場で使用する治具

製造現場では、製品を正しく組み立てたり検査したりするために、治具と呼ばれる補助器具を使用します。3Dプリンターを活用すれば、設計データから直接出力できるため、現場の課題に応じた治具をすぐに用意できます。

高い精度が求められる場合は外注が適していますが、簡易的なものであれば、現場の要望を反映しながら社内で作成することが可能です。

展示会用の外観サンプル

展示会では、限られた時間の中で製品の魅力を伝える必要があります。完成品がまだ用意できない段階でも、3Dプリンターを使えば実物に近い外観サンプルを短期間で製作できます。

外観サンプルがあることで、来場者はデータだけではわかりにくいサイズ感や形状を直感的に理解できるでしょう。また、実際に手に取れるモデルを用意すれば、製品への関心を高め、商談をスムーズに進められます。

自社製品のカスタムパーツ

自社製品をさまざまな顧客に提供する場面では、標準仕様だけでは対応できない独自の要望が寄せられることも少なくありません。従来であれば、専用の金型を用意する必要があり、柔軟な対応が難しいのが課題でした。

3Dプリンターを活用すれば、自社製品にぴったり合う専用パーツをすぐに製作できるため、顧客ごとのニーズに応じた最適な提案を行えます。このような対応は、製品の使い勝手を高めるだけでなく、顧客満足度の向上にも直結します。

生産ラインの保護カバー

生産ラインでは、モーターやベルト、ギヤなどの可動部がむき出しになっていることがあります。この状態では、作業者の手や衣服が巻き込まれるだけでなく、異物が混入して設備トラブルを引き起こす危険もあります。

しかし、設備にぴったり合う保護カバーを用意するのは難しく、安全対策が不十分なまま稼働を続けるケースも少なくありません。そこで現場に合わせた保護カバーを設計し、3Dプリンターで迅速に製作すれば、安全性と生産効率の両立が可能となります。

3Dプリンター活用に関するよくある質問

3Dプリンターの導入を検討している方は、よくある質問もご覧ください。

• 導入するメリットは？
• どういう仕組みになっている？
• 使える材料の種類は？

導入するメリットは？

3Dプリンターを導入する最大のメリットは、開発や製造の効率を高められる点です。コストがかかりやすい金型製作や機械加工といった工程を省略できるため、全体の生産性が向上します。

これにより、限られた人員や予算を有効に活用しながら、より多くの案件や新製品開発に取り組めるようになります。さらに、従来の加工方法では再現が難しかった複雑な形状も造形できるため、開発の自由度を高めることも可能です。

導入のメリットを詳しく知りたい方は、こちらの記事もご覧ください。

関連記事：3Dプリンターとは？導入するメリットやモノづくりの流れを解説

どういう仕組みになっている？

3Dプリンターは、設計データをもとに樹脂や金属などの材料を少しずつ積み重ね、立体物を作り上げる仕組みです。通常のプリンターが平面にインクを吹き付けるのに対し、3Dプリンターは高さ方向に層を重ねていくため、立体的な造形が可能になります。

造形方式にもいくつか種類があり、樹脂を熱で溶かして積み上げるFDM方式、液体樹脂を光で硬化させる光造形方式、レーザーで粉末を焼結させる粉末焼結積層造形方式などが代表的です。3Dプリンターの仕組みや基本構造は、こちらの記事で詳しく解説しています。

関連記事：3Dプリンターの仕組みとは？基本構造や出力までの流れを解説

使える材料の種類は？

使用できる材料は、3Dプリンターの造形方式によって異なります。たとえば、家庭用で普及しているFDM方式では、ABSやナイロンといった熱可塑性樹脂が利用できます。

一方、産業分野で用いられる粉末焼結積層造形方式では、ナイロンやポリプロピレンといった樹脂に加え、金属材料を活用することが可能です。3Dプリンターで使える材料については、こちらの記事で解説しています。

関連記事：【試作開発に！】押さえておきたい！3Dプリンターの5つの造形方式と特徴

まとめ

この記事では、3Dプリンターでできること・できないことについて解説しました。個人であれば、趣味の作品や実用的な日用品を手軽に作れます。

法人であれば、製造現場の部品や試作品を短期間で製作し、開発コストを抑えられます。アイデアを短時間で形にできる強力なツールなので、効率的にものづくりを進めたい方は、この記事を参考にしながら自身の趣味や業務に活用してみてください。

製造現場の部品や試作品を作る際は、耐久性や精密さを確保できる粉末焼結積層造形方式を選ぶのが効果的です。もし、法人で3Dプリンターの導入を検討している場合は、こちらの記事もご覧ください。

関連記事：【SLS方式】粉末造形とは？ナイロン6で造形できるメリットは？

弊社では粉末造形の3Dプリンターを用い、強度や耐熱性に優れた試作品を製作しています。大型ワークサイズ（550×500×500mm）に対応しているため、大型部品も分割せずに一体造形することが可能です。

弊社の粉末造形技術を詳しく解説した記事も公開しているので、興味をお持ちの方は「お問い合わせフォーム」からご相談ください。

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ものづくりを効率化するために、3Dプリンターを導入する個人や企業が増えています。しかし「どのような仕組みで動いているのかわからない」「構造を知らないからトラブルに対応できない」と悩んでいる方も多いでしょう。

そこで、この記事では3Dプリンターの仕組みについて紹介します。基本構造や出力までの流れも解説するので、3Dプリンターの理解を深めたい方は最後までご覧ください。

3Dプリンターの仕組みを学ぶメリット

3Dプリンターの仕組みを理解することで、次のようなメリットがあります。

• 設定値を最適化できる
• 適切なメンテナンスを実施できる
• トラブルに対応しやすくなる
• 新しいアイデアにつながる
• 用途に合った機種を見極められる

設定値を最適化できる

3Dプリンターを使いこなすには、温度やスピードなどの細かな設定が欠かせません。こうした設定は、単に数値を入力すればいいわけではなく、機種の特性や構造を理解したうえで調節する必要があります。

たとえば、積層の仕組みを理解していれば、積層ピッチや印刷速度の設定が行いやすくなり、出力精度のばらつきを抑えられます。

適切なメンテナンスを実施できる

トラブルなく運用を続けるには、定期的にメンテナンスを実施することが重要です。しかし、手当たり次第に掃除をするだけでは、かえって不具合を引き起こすこともあります。

各部品の役割や仕組みを正しく理解していれば、必要な箇所を的確に手入れすることが可能です。たとえば、エクストルーダーやノズルの構造を知っていれば、樹脂の詰まりが起きやすい箇所を把握し、効率的なメンテナンスを行えます。

トラブルに対応しやすくなる

印刷中に起こるトラブルの多くは、原因を正確に特定できればスムーズに対処できます。たとえば、造形物の位置が途中からずれてしまった場合、リミットスイッチやモーターの動作状況を確認する必要があります。

こうした原因を的確に見極めるには、各部品の仕組みを理解しておくことが欠かせません。また、構造を理解しておくと小さな不具合であればメーカーに頼らず自力で対処できるため、業務を中断するリスクも抑えられます。

新しいアイデアにつながる

3Dプリンターの仕組みを理解していると、単に造形するだけでなく、新たな発想にもつながります。ノズルの構造を理解していれば、出力幅や押し出し量を考慮した設計ができ、複雑な形状にも柔軟に対応することが可能です。

また、エクストルーダーやノズルの動作に詳しければ、素材の切り替えや混合出力といった応用的な造形手法にも取り組みやすくなります。

用途に合った機種を見極められる

造形方式・サイズ・精度など、機種によって仕様が大きく異なるため、目的に応じて適切なものを選ぶことが大切です。仕組みを理解していれば、自分の用途に必要なスペックを見極めやすくなり、不要な出費を避けられます。

たとえば、細かい部品を高精度で出力したいのか、大きな造形物を一度に作りたいのかによって、適した造形方式やサイズは異なります。

3Dプリンターの仕組み

3Dプリンターには複数の造形方式があり、それぞれに特徴があります。

• FDM方式
• 光造形方式
• インクジェット方式
• バインダージェッティング方式
• 粉末焼結積層造形方式

造形方式について詳しく知りたい方は、こちらの記事もご覧ください。

関連記事：【試作開発に！】押さえておきたい！3Dプリンターの5つの造形方式と特徴

FDM方式

FDM方式とは「Fused Deposition Modeling（熱溶解積層法）」の略称で、現在広く普及している3Dプリンターの造形方式です。フィラメントと呼ばれる樹脂製の材料をヒーターで溶かし、ノズルから少しずつ押し出しながら積み重ねていくことで、立体的な形状を作り上げます。

構造が比較的シンプルで、本体価格や運用コストを抑えやすいため、個人から企業まで幅広く導入されています。ただし、積層跡が目立ちやすく、細部の表現や滑らかな表面仕上げには工夫が必要です。

光造形方式

光造形方式は、液体状の樹脂に紫外線やレーザーを照射し、光が当たった部分を硬化させて形を作る方式です。FDM方式に比べて高い精度が得られるため、繊細な表現が求められる模型や試作品の製作に適しています。

また、液体樹脂を硬化させて造形するので、層の積み重ねが目立ちにくく、滑らかな表面仕上げが必要な製品にも向いています。ただし、造形後には洗浄や二次硬化といった追加の工程が必要になり、作業に手間がかかる点には注意が必要です。

インクジェット方式

インクジェット方式は、液体の樹脂やワックスなどを微細な粒状で噴射し、1層ずつ積み重ねて造形する方法です。材料を吹き付けた直後に紫外線などで硬化させるため、高い精度と表面のなめらかさを両立できるのが特徴です。

色付きの材料を使えば、フルカラーの立体物も再現できるため、見た目を重視する展示模型や試作デザインなどに重宝されています。一方で、太陽光によって劣化しやすいというデメリットもあります。

バインダージェッティング方式

バインダージェッティング方式は、粉末状の材料に結合剤（バインダー）を噴射して固め、層を重ねていく造形方法です。材料には石膏・金属・砂などが使われることが多く、造形速度が速いというメリットがあります。

また、フルカラー出力にも対応できるため、建築模型やフィギュアの製作といった用途でも活用されています。ただし、造形直後は十分な強度が得られないため、補強を目的とした焼結や含浸といった後工程が必要です。

粉末焼結積層造形方式

粉末焼結積層造形方式は、粉末状の樹脂や金属を敷き詰め、その表面にレーザーを照射して焼き固める方式です。1層ごとに材料を敷き、設計データに基づいて特定の箇所にレーザーを照射することで、形状が作られていきます。

高密度かつ高強度の立体物を作れるため、試作にとどまらず、実用部品の生産にも活用されています。ただし、本体価格や運用コストが高額で、装置が大型であることから、導入のハードルは比較的高めです。

粉末焼結積層造形方式の特徴について詳しく知りたい方は、こちらの記事もご覧ください。

関連記事：【SLS方式】粉末造形とは？ナイロン6で造形できるメリットは？

3Dプリンターの基本構造

3Dプリンターを使いこなすには、まず基本となる構造を押さえておくことが大切です。方式によって内部構造は異なりますが、ここでは幅広く使われているFDM方式をもとに、各パーツについて解説します。

• フレーム｜本体を支える
• エクストルーダー｜材料を押し出す
• モーター｜各軸を駆動する
• ヒーター｜ノズルやヒートベッドを加熱する
• ノズル｜加熱された材料を噴出する
• ヒートベッド｜造形物を定着させる
• ファン｜ノズルや積層部を冷やす
• リミットスイッチ｜各軸の原点を検出する
• コントロール基盤｜全動作を制御する
• 操作パネル｜操作や設定を行う

フレーム｜本体を支える

3Dプリンターのフレームは、本体の構造を支える土台です。外観の印象を決めるだけでなく、造形中の安定性にも大きく影響します。

フレームが弱いと、印刷中に振動やズレが生じてしまい、精度の高い造形を行えません。特に、細かな形状や高さのあるモデルを作るときには、フレームの剛性が完成度を左右します。

エクストルーダー｜材料を押し出す

エクストルーダーは、3Dプリンターで使う材料をノズルに向かって送り出す部品です。主にフィラメントと呼ばれる糸状の樹脂を、決まった量だけ安定して押し出すことで、造形に必要な材料がノズルから適切に吐出されます。

この部品に不具合があると、材料の詰まりや押し出し不足といったトラブルが生じ、仕上がりに影響が出てしまいます。

モーター｜各軸を駆動する

モーターは、各部品を設計通りに動かすための動力源です。主にX軸（左右）・Y軸（前後）・Z軸（上下）にそれぞれ個別のモーターが搭載され、連携して動くことで複雑な形状も正確に再現できます。

さらに、エクストルーダーの内部にも材料を押し出す別のモーターが使われており、造形中は常に複数のモーターが同時に働いています。

ヒーター｜ノズルやヒートベッドを加熱する

ヒーターは、材料や部品を加熱するための装置です。3Dプリンターでは主に2箇所で使われており、ノズル側ではフィラメントを加熱して溶かし、材料を押し出せる状態にします。

もう1つはヒートベッドに搭載されており、造形台を一定の温度で保つ役割を担っています。

ノズル｜加熱された材料を噴出する

ノズルは、加熱された材料を細く押し出す部品です。フィラメントはエクストルーダーによってノズルへ送られ、ヒーターで十分に加熱された状態でノズルの先端から押し出されます。

ここで出力された材料が、プリンターの動きにあわせて少しずつ積み重なり、立体物として形になっていきます。

ヒートベッド｜造形物を定着させる

ヒートベッドは、造形台を加熱する装置です。造形が始まると、材料は造形台の上に押し出され、その位置でしっかりと固定される必要があります。

しかし、温度が低いと材料が急激に冷えて縮み、反りや浮き上がりが発生します。そのため、安定した造形にはヒートベッドによる適切な温度管理が重要です。

ファン｜ノズルや積層部を冷やす

ファンは冷却を担う部品で、3Dプリンターでは主に2つの目的で使われています。1つはノズル周辺を冷やすためのもので、ヒーターで加熱された部品が過剰に熱をもたないように温度を調節します。

もう1つは積層した材料がしっかり固まるように冷やすファンで、形が崩れたり歪んだりするのを防ぐために欠かせません。

リミットスイッチ｜各軸の原点を検出する

リミットスイッチは、各軸の原点を検出するためのセンサーです。X軸・Y軸・Z軸それぞれに設置されており、ノズルや造形台を毎回決まった位置に戻す役割を担っています。

このスイッチが誤作動を起こしたり、正しく取り付けられていなかったりすると、初期位置がずれてしまい、造形全体が歪む恐れがあります。

コントロール基盤｜全動作を制御する

コントロール基盤は、3Dプリンター全体の動きを指示・管理する部品です。モーターやエクストルーダー、ヒーターなどの各部品に命令を送り、設計データに基づいて正確に稼働させています。

造形速度やノズルの温度調節など、すべての処理がこの基盤を通して実行されます。

操作パネル｜操作や設定を行う

操作パネルは、3Dプリンターの状態を確認したり、各種設定を変更したりするための装置です。印刷の開始や一時停止といった基本操作のほか、ノズルの温度設定や印刷ファイルの選択といった操作もここで行います。

従来はダイヤルやボタンで操作するタイプが主流でしたが、最近ではタッチパネル式のカラー画面を採用しているモデルも増えてきました。

3Dデータから出力までの流れ

3Dデータの読み込みから造形完了までの流れは、以下の通りです。

• Gコードを読み込む
• モーターが各軸を動かす
• フィラメントを押し出す
• 冷却しながら積層する

Gコードを読み込む

3Dプリンターで造形を始めるには、まず「Gコード」と呼ばれる命令データを読み込む必要があります。Gコードは、スライサーソフトと呼ばれる専用ソフトで作成され、3Dモデルのプリント方法を具体的に記述したものです。

このデータをSDカードやUSB経由で本体に読み込むと、プリンターはGコードの内容を順番に処理し、動作準備に入ります。

モーターが各軸を動かす

Gコードの読み込み完了後、印刷開始の操作をすると、モーターが指示通りに動作を始めます。まずリミットスイッチを使い、正確な制御が行えるように原点を検出します。

原点が確定すると、X軸・Y軸・Z軸に取り付けられた各モーターが、設計データに沿って造形エリア内を移動し始める仕組みです。

フィラメントを押し出す

モーターによってノズルの位置が決まると、次はエクストルーダーがフィラメントを押し出す工程です。送り出されたフィラメントはヒーターで溶かされ、ノズルの先端から溶けた状態で吐出されます。

このとき、ノズルが設計データに従って移動することで、図面に沿った形が少しずつ形成されていきます。

冷却しながら積層する

溶けたフィラメントがノズルから吐出されると、すぐに自然冷却が始まります。ただし、急激な冷却は材料の反りを引き起こすため、ヒートベッドの温度を調整しながら、ゆるやかに冷やすことが大切です。

熱で柔らかくなった樹脂を固めながら、1層ずつ順番に積み重ねることで、安定した立体形状が完成します。

まとめ

この記事では、3Dプリンターの仕組みや基本構造、出力までの流れについて解説しました。FDM方式や光造形方式といった造形方式の違いを理解することで、目的に合った機種を選べるようになります。

また、各部品の役割を知っておくと、日々のメンテナンスや故障時の対応もスムーズに行えます。そのため、3Dプリンターを使いこなしたい方は、この記事を参考にしながら使用する機種の構造を改めて見直してみてください。

製造現場や開発部門で試作品を作る際には、FDM方式よりも粉末焼結積層造形方式を選ぶケースが多いです。もし、高強度な素材での試作をお考えの場合は、こちらの記事もあわせてご覧ください。

関連記事：【SLS方式】粉末造形とは？ナイロン6で造形できるメリットは？

弊社では粉末焼結積層造形方式の3Dプリンターを活用し、ガラス入りナイロンによる試作品を製造しています。高強度で耐熱性にも優れており、試作品としてだけでなく最終製品としても使用可能です。

弊社の粉末造形技術を紹介した記事も公開しておりますので、ご興味をお持ちの方は「お問い合わせフォーム」よりお気軽にご相談ください。

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モノづくりのスピードと自由度を高めるために、3Dプリンターを導入する企業・個人が増えています。しかし「導入のハードルが高そう」「どのように活用すればいいかわからない」と悩んでいる方も多いでしょう。

そこで、この記事では3Dプリンターについて紹介します。導入するメリットや利用方法、注意点などを解説するので、3Dプリンターに興味がある方は最後までご覧ください。

3Dプリンターとは

3Dプリンターとは、コンピューター上で作成した3次元のデータを元に立体物を作り出す装置です。従来のプリンターが紙に文字を印刷するのに対し、3Dプリンターは樹脂や金属などの材料を層状に積み重ねて、物理的な形ある製品を作り上げます。

もともとは試作品の作成や研究開発を中心に活用されてきましたが、最近では医療や食品といった分野にも用途が広がっています。個人でも趣味の模型作りや日用品の製作に活用する人が増えており、生活にも身近な技術となりつつあるでしょう。

3Dプリンターでモノを作るまでの流れ

3Dプリンターでモノを作る場合は、次の流れで作業を進めます。

• コンセプトを決める
• 3Dモデルを作成する
• スライスデータに変換する
• 3Dプリンターを準備する
• プリントを開始する
• 仕上げ作業を行う

コンセプトを決める

3Dプリンターで造形を始める際は、まず「何を作りたいのか」を明確にしましょう。製品の目的や使用シーン、サイズなどを整理しておくことで、その後の設計や出力作業がスムーズに進みます。

たとえば、スマートフォンケースを作る場合でも、単なる保護が目的なのか、スタンド機能も欲しいのかによって設計が大きく変わります。こうした条件がはっきりしていないと、造形後に思ったような仕上がりにならないため、最初の段階で方向性を固めておくことが大切です。

3Dモデルを作成する

コンセプトが決まったら、次は造形に必要な3Dモデルを作成します。3Dモデルとは、製品の立体的な形状をデジタルデータで表現したもので、造形の元になる基本データです。

インターネット上に公開されている既存のデータを活用する方法もありますが、一般的には専用のCADソフトを用いて設計します。初心者の方は操作に慣れるまで時間がかかるものの、簡単な形状であれば数時間で作成できます。

スライスデータに変換する

3Dモデルが完成したら、スライスデータに変換します。スライスデータとは、立体的な3Dモデルを薄くスライスし、3Dプリンターが理解できる形式に変換したものです。

このとき作成されるのが「Gコード」と呼ばれる制御用データで、3Dプリンターはこれに従って造形を進めます。Gコードへの変換には、専用のスライサーソフトを使用します。

ソフト上では、積層ピッチ（層の厚み）や印刷速度などを調整でき、仕上がりの品質を高めることが可能です。ただし、いきなり最適なパラメーターを見つけるのは簡単ではありません。

初めてスライス処理を行う場合は、まずは初期設定で出力し、必要に応じて少しずつ調整してみてください。Gコードが完成したら、データをSDカードやUSB経由でプリンターに転送します。

3Dプリンターを準備する

スライスデータが完成したら、3Dプリンターの準備に取りかかります。まずはプリンター本体の設置場所を確認し、水平な場所に安定して置かれているかをチェックしましょう。

次に、使用する材料（フィラメントや粉末など）を本体に装填します。その後、造形の準備として、ヒートベッド（造形物を載せる台）の温度設定やノズルの予熱などを行います。

プリントを開始する

準備が整ったら、3Dプリンターの操作画面や専用ソフトから該当するGコードを選択し、プリントを開始します。造形中は材料が正常に供給されているか、造形物がベッドにしっかり定着しているかを確認することが重要です。

もし、ノズルからフィラメントが出ていなかったり、造形物が浮いているようなら、一度停止して設定を見直す必要があります。造形の進行具合はモニターやステータス表示で確認できるため、造形中の異常に備えて定期的に状態をチェックしましょう。

仕上げ作業を行う

造形が完了したら、3Dプリンターから造形物を取り外します。急いで剥がすと破損する恐れがあるため、ベッドが十分に冷えたのを確認してから、専用のヘラやピンセットを使って慎重に取り外すことが大切です。

また、取り外した造形物にはサポート材やバリ（不要な突起）が残っている場合があります。そのままにしておくと、見た目や使い心地に影響するため、ニッパーやヤスリなどで丁寧に処理しておきましょう。

3Dプリンターを使うメリット

3Dプリンターを使うメリットは、以下の5つです。

• 設計の自由度が広がる
• 製造コストを抑えられる
• 開発期間を短縮できる
• 品質改善に取り組みやすくなる
• 挑戦しやすい風土が生まれる

設計の自由度が広がる

従来の切削加工や射出成形では、工具の形状や金型の制約により、作れるものの形に限界がありました。しかし、3Dプリンターは層を重ねて造形するため、曲面の多いデザインや内部に空洞がある構造なども、問題なく造形できます。

そのため、これまで「作りたいけれど技術的に難しい」と諦めていたアイデアも、3Dプリンターなら実現できる可能性があります。

製造コストを抑えられる

切削加工では素材を削り取って形を作るため、多くの材料が廃棄物となってしまいます。一方、3Dプリンターは必要な部分だけに材料を積み重ねていくため、無駄が生じません。

さらに、製品ごとに金型や治具を作る必要がないため、試作品や小ロットの生産でもコストを抑えられます。

開発期間を短縮できる

これまでの製造方法では、設計後に金型を製作し、実際に試作品を作ってから問題点を修正する流れが一般的でした。しかし、3Dプリンターを使えば設計データをすぐに形にできるため、修正のたびに発生していた外注や再手配といった時間的ロスを減らせます。

その結果、開発サイクル全体を効率よく回せるようになり、新製品の市場投入までの時間短縮にもつながります。

品質改善に取り組みやすくなる

3Dプリンターを活用すれば、設計から造形までのサイクルを短期間で何度も繰り返せるため、品質改善のハードルが下がります。たとえば、実際に出力した試作品を手に取って確認すれば、図面上では気づかなかった不具合にも迅速に対応することが可能です。

これまではわずかな仕様変更でも金型を作り直す必要がありましたが、3Dプリンターなら設計データを一部修正するだけで再出力できるため、調整を重ねながら理想の仕上がりに近づけられます。

挑戦しやすい風土が生まれる

金型を使った試作では、アイデアを形にするまでに多くの手間と費用がかかるため「失敗は許されない」というプレッシャーが強くありました。しかし、3Dプリンターなら低コストかつ短時間で試作品を作成できるため「まずは作ってみよう」という前向きな姿勢が生まれやすくなります。

これにより、従業員が自由にアイデアを提案しやすくなり、チャレンジを歓迎する前向きな風土が社内に根づいていくでしょう。

3Dプリンターを使う際の注意点

3Dプリンターを使う際は、以下の点に注意しましょう。

• メンテナンスを欠かさない
• フィラメントを適切に管理する
• 周囲の安全を確保する

メンテナンスを欠かさない

3Dプリンターは精密な機械であるため、きちんと手入れをしないと造形品質の低下や故障の原因となってしまいます。たとえば、ノズルにフィラメントの残留物が詰まると、印刷中に材料がうまく出ず、造形不良を引き起こします。

また、ベッドが水平に保たれていないと最初の層が正しく定着せず、造形物全体の品質に影響する可能性が高いです。そのため、取扱説明書を確認し、ノズルの掃除やベッドの水平調整といった基本的なメンテナンスを定期的に行うことが重要です。

フィラメントを適切に管理する

フィラメントは湿気や直射日光の影響を受けやすく、保管状態によっては造形品質に大きく影響します。湿気を吸ったフィラメントは印刷中に気泡が発生しやすくなり、表面がざらつく原因となってしまいます。

また、高温下では材料が変形するだけでなく、本来の特性が失われることも少なくありません。こうしたトラブルを避けるためにも、開封後は乾燥剤と一緒に密閉容器に入れ、常温で安定した環境に保管しましょう。

周囲の安全を確保する

造形中のノズルは200℃を超える高温になるため、誤って触れると火傷を負う恐れがあります。さらに、一部のフィラメントは加熱中に微量のガスを発生させることがあり、換気が不十分な環境では体調を損ねる原因になることもあります。

そのため、使用中は誤って触れないようにカバーを取り付け、作業スペースは定期的に換気することが大切です。

3Dプリンターを利用する方法

3Dプリンターを利用する方法は、大きく分けて次の3つです。

• 機器一式を購入する
• 短期間だけレンタルする
• 専門業者に依頼する

機器一式を購入する

製品開発を内製化したいと考える企業や個人は、3Dプリンター本体や周辺機器をまとめて導入することが一般的です。初期費用はかかりますが、導入後はランニングコストを抑えながら、自由に造形できるというメリットがあります。

ただし、機器のメンテナンスや材料の管理なども行う必要があり、一定の技術的な知識が求められます。さらに、目的に合わない機種を選ぶと、期待した品質や造形スピードを確保できないこともあるため、導入前には製品を比較・検討することが不可欠です。

短期間だけレンタルする

3Dプリンターの利用頻度がそれほど高くない場合や、使用感を確認したい場合は、レンタルサービスが適しています。購入に比べて初期費用を大幅に抑えられるため、コストをかけずに最新機種や高性能な機材を利用できるのが大きなメリットです。

さらに、メンテナンスや故障時の対応はレンタル会社が行うことが多く、専門知識がなくても安心して使えます。ただし、長期間利用すると購入時よりも高額になる場合があるので、短期間で利用する際に検討してみてください。

専門業者に依頼する

社内に設備やノウハウがない場合は、専門業者に依頼するのがおすすめです。専門業者であれば、最新の3Dプリンターを使って造形できるだけでなく、材料の選定から仕上げ作業まで、一連の工程を任せられます。

たとえば、弊社では粉末焼結方式（SLS方式）の3Dプリンターを活用し、耐熱性・耐久性に優れた部品を製造しています。さらに、ワークサイズは550×500×500mmと広く、家庭用の3Dプリンターでは製造できない大型部品も造形可能です。高精度かつ高機能な3D造形が必要な場合は、ぜひ弊社の粉末造形技術について詳しく解説したページをご覧ください。

3Dプリンターに関するよくある質問

3Dプリンターを検討している方は、よくある質問についてもチェックしておきましょう。

• どんな種類がある？
• 出力できるサイズは？
• 専門知識がなくても大丈夫？

どんな種類がある？

3Dプリンターには、造形方式の違いによっていくつかの種類があります。たとえば、FDM方式は熱で溶かした樹脂を積み重ねて形状を作る方法で、家庭用から業務用まで幅広い3Dプリンターで採用されています。

一方、粉末焼結方式（SLS方式）は材料となる粉末にレーザー光線を照射し、溶かして固めながら成形する仕組みです。ガラス入りナイロンや金属粉末といった高機能材料に対応しているため、試作品だけでなく実際の製品にも使われています。

造形方式について詳しく知りたい方は、こちらの記事もご覧ください。

関連記事：【試作開発に！】押さえておきたい！3Dプリンターの5つの造形方式と特徴

出力できるサイズは？

3Dプリンターで出力できるサイズは、使用する機種によって大きく異なります。たとえば、家庭用モデルは小型部品や模型の出力に適しており、造形サイズは20cm四方程度です。

一方、産業用途に特化した機種では、50cm四方を超える造形にも対応したものがあります。ただし、造形サイズが大きくなるほど機器本体も大型化するため、設置スペースや目的に合わせて機種を選ぶことが大切です。

専門知識がなくても大丈夫？

近年、3Dプリンターの操作性が向上しており、基本的な操作であれば初心者でも簡単に扱えるようになりました。たとえば、3Dプリンターには自動調整機能が付いていることが多く、温度設定や造形速度なども初期設定のままで問題なく使えます。

また、これまでは専用のCADソフトを使って3Dデータを設計する必要がありましたが、最近ではインターネット上に完成済みのデータが無料で多数公開されています。しかし、高品質な製品を開発する場合は、機器のメンテナンスや細かいパラメータ調整などの知識が必要です。

まとめ

この記事では、3Dプリンターを導入するメリットや利用方法、注意点について解説しました。3Dプリンターを活用することで、設計の自由度を高めながら製造コストを大幅に削減できます。

また、従来の製造方法と比較すると、開発期間を短縮して品質改善にも取り組みやすくなります。そのため、製品開発の効率化を図りたい方は、3Dプリンターの導入を前向きに検討してみてください。

「強度や耐熱性に不安がある」「試作だけでなく最終製品としても使いたい」といった理由で導入に踏み切れない場合は、専門業者への依頼がおすすめです。弊社では高機能SLS方式3Dプリンターを活用し、ガラス入りナイロンによる高強度・高耐熱な試作品を製造しています。さらに、550×500×500mmの大型ワークサイズにより、大型部品も分割せずに一体造形で仕上げることが可能です。試作品だけでなく、最終製品としての用途でも使用できるので、製品開発を効率化したい方は「お問い合わせフォーム」からお気軽にご連絡ください。

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工業用3Dプリンターの目覚ましい進化により、量産での3Dプリント技術の活用が活発化しつつあります。

量産の場合、従来の金型を用いた工法の方がコストが抑えられるのが一般的ですが、3Dプリンターではアイデアや発想次第で今までにはなかったものをより効率的に、コスパよく、高品質なものをつくることもできます。

今回は、弊社保有の工業用3Dプリンターのご紹介と、3Dプリント技術では、日本より進んでいる欧米の企業ではどのような用途に使用しているかをご紹介いたします。

これからの「ものづくり」において、3Dプリンターという選択肢があるというヒントになれば幸いです。

今回は、工業用3Dプリンター技術を開発や生産に取り入れてみたいがまだ取り入れていない方、3Dプリンターは「試作だけ」とお考えの方に実際の量産での3Dプリンター採用例などをご紹介させていただきます。

今回のコラムでは、

• 3Dプリンターを試作以外に利用できないか？
• 最終製品または量産で造形できるのか？
• 自社で3Dプリンターを導入した方がいいのか？

など3Dプリンターの用途や活用法を知りたい方、導入をお考えの方に、今の3Dプリンターの現状はどうなのか

3Dプリンターは試作用途だけではない

前回の記事では、「試作としての3Dプリンターの活用法」をご紹介しました。

↓↓↓ 前回の記事

多くの企業は、デザイン・機能・性能確認のための試作目的で3Dプリンターを導入しています。

3Dプリントのメリットとして

• 開発リードタイムの大幅な短縮（試作サイクルの短縮）
• 金型不要なため金型コストの削減
• 他工法では作れない複雑な形状の造形
• アイデアを素早く形にできる

があげられます。

またデメリットとしては、

• 材料費が高い
• サイズ・材料が限られている
• 1バッチあたりの造形数が限られているので、大量生産は難しい
• 精度や耐久性が劣る
• 使いこなすために技術や知識が必要

試作用途であれば、開発のコストカットや期間短縮につながりますので、開発の効率化につながり導入メリットが大きいものになります。

しかし、3Dプリンターの活用法は、試作用途だけではありません。

最近では、 3Dプリンティング技術の向上により「強度・耐久性・耐熱性」の高い材料を使用して高精度な製品を造形できる工業用3Dプリンターも出現しており、自動車業界・航空機業界・医療業界を筆頭に最終製品として、また量産製品の一部のパーツとして使用されています。

世界的に3Dプリンティング技術を最終製品・量産用途で導入する企業の増加が加速しており、今後もさらに増加していくでしょう。

3Dプリンターには、様々な機種があり、造形方式や精度、出力可能サイズ、使用できる材料が異なり、性能にも大きな違いがあります。安価なものから高価なものまで存在します。

最終製品・量産の用途として普及する3Dプリンター

今後3Dプリンティング技術（AM=Additive Manufacturing)の最終製品製造としての活用が加速すると述べました。

とはいえ、将来は金型がなくなり「すべてのものづくりは3Dプリントによって生産される」というような、切削や射出成型などの従来の工法がすべて3Dプリント技術に置き換わるということではなく

「3Dプリントという製造加工法が1つ増えた」

ということ。

また、量産として3Dプリント技術を導入するには膨大な投資費用がかかるため、積極的に3Dプリンターを取り入れている企業はある程度の体力のある大企業がほとんどです。しかし将来的には、さらに3Dプリンターの技術が発達して量産としての活用がもっと身近なものになっていくでしょう。

3Dプリント技術を生産に取り入れ、競合と差をつける

今の段階では3Dプリンターでの量産はコストがかかりますし、多くの製品を造形するには生産時間もかかってしまいます。

現在の3Dプリンターはまだまだ発展途上の段階ですが、年々確実に進化はしています。

遅かれ早かれ、3Dプリント技術が従来の工法と同等に生産プロセスの一部として介入するのは時間の問題でしょう。

その時になって、適切な生産工法として3Dプリンターも選択できるような知識は身につけておきたいもの。

今後、3Dプリントの技術において優位に立つためにも、生産や試作の一部に3Dプリンタの積極的な活用をおすすめします。

しかし、ノウハウや知識がないまま計画もなく高額な3Dプリンターを導入してしまうと、使いこなすことができず宝の持ち腐れで終わってしまうこともあります。

まずは、3Dプリントを熟知した企業に相談し、高性能な工業用の3Dプリンターを保有した外注による製造を利用しながらノウハウや知識を蓄積していくと良いでしょう。

ナイロンの最終製品が出力できる粉末造形3Dプリンター

ここで、弊社保有のSLS方式粉末造形3Dプリンターのご紹介をいたします。高い強度、耐熱、耐久性をもつ製品を造形できる高性能な工業用3Dプリンターです。

特徴として、エンジニアプラスチックであるナイロン6+GBを使用できるので、試作だけでなく、実製品の部品製造などにも利用できるということ。

• 強度、耐熱、耐久性などに優れる
  （密度も高く、高い物性で製造できるので、実用試験・風洞実験など様々な用途に応用することが可能）
• 強度・耐熱性に優れるため、車、航空機、ロケットや医療などの分野で採用され用途幅が広い

多くの3Dプリンターは積層方式ですので、積層方向に対しての強度が弱くなってしまうのが欠点ですが、粉末造形の場合、強度の高い材料であること、そして積層が細かいので、耐熱性・強度の高い製品の造形が可能で、試作品だけでなく最終製品としての用途でも使用できます。

さらにサポートが不要なため（樹脂の場合）、サポート除去作業の手間が省け、材料ロスを軽減できます。また複雑な形状なものや中空形状なども造形も可能です。

おもな用途としては、試験・評価目的の試作品や小ロットの最終製品です。

■納品事例

• 自動車部品（インマニ　等）
• 二輪部品（ダクト系　等）
• シロッコファン
• 電動工具ハウジング
• アート作品

など

弊社の3Dプリンターのもう一つの特徴としては、

「造形エリア550ｘ550ｘ500mm。大きいサイズの部品を分割せずに造形できること」です。

また、大きな製品に限らず、小さな部品を複数出力することでより効率的な造形が可能です。

ワークサイズに対して小さいサイズの製品が必要な場合は、空いているスペースがある場合でも目一杯入った状態でも1バッチの造形コストは大差がないので、発注する際は、複数出力するか、多品種造形して活用した方がいいでしょう。

↓↓↓ 粉末造形3Dプリンターについての詳細コラム

量産パーツとして3Dプリンター採用した4社をご紹介

すでに3Dプリンターを利用して量産をしている企業は、どんなものを製品をどのように量産しているのでしょうか？

「3Dプリンターを使って何か作ってみたい」とは思うものの、実際に「どう活用していけばいいかわからない」という方が多くいらっしゃいます。

「いいものづくり」をするには、いいアイデアが必要になってきます。3Dプリンターを活用するなら、3Dプリンターだからこそ実現できる活用方法を見つけなければいけません。

3Dプリンター採用した例をご紹介します。「ものづくり」の発想のヒントになるかもしれません。

シャネル・パフューム・ボーテ　マスカラ

CHANELの化粧品部門である「シャネル・パフューム・ボーテ」は、フランスのAM企業「Erpro 3D Factory」と提携して10年以上に渡る研究の末、3Dプリント技術を利用したマスカラブラシの量産を開始しました。

Erpro 3D Factoryには現在6つの工業用3Dプリンタがあり、1台当たり最大50,000個のブラシを生産することが可能で、毎月100万個のブラシを生産することになります。

弊社と同様で、SLS方式でナイロンを使用しているとのことです。

3YOURMINDのワークフローソフトウェアを使用して製造プロセス、品質管理をしている。

BMW i8ロードスター

BMW社はi8ロードスターに3Dプリンターを使用して製造したアルミニウム合金のソフトトップ開閉用部品を採用している。3dプリンターを活用したことによって、従来の工法では製造できない複雑な形状が可能に。その上、強度向上、軽量化も実現しています。

2020年には、ドイツのミュンヘンに約18億円を投じて「Additive Manufacturing Campus」を開設し、金属および樹脂の工業用3Dプリンター50台を稼働させ、試作品と製品用の部品製造や新技術の研究、トレーニングを行ってます。

パーツの造形プロセスとパーツ可動の場面が見られる動画です。

fizi:k (フィジーク社）自転車サドル

フィジークから3Dプリンターを採用したサドル（ADAPTIVE）が発売されています。

「Carbon, Inc.」によって開発された「Digital Light Synthesis™」という3Dプリンターを使用し作成されたものです。 光硬化樹脂型の「CLIP」という新しい方式で、光と酸素のバランスを保ちながら素早く部品を生産する光化学プロセス。一層一層を積み重ねる積層方式ではなく、連続して積層するので積層跡が残らず、従来よりも短時間で成形できるというのが特徴です。

サドルは、格子状のエストラマーで作られていて、従来のサドルよりも約60％もの圧力低減が可能となり、安定性と重量配分が大きく向上しているそうです。

自転車メーカーは量産品での3Dプリンター導入している企業は数社あり、台湾のジャイアント社は2013年にはすでに3Dプリンターを採用してサドルを製造してます。

ADAPTIVEサドルのプロモーション動画

addidas futurecraft 4D スニーカー

addidas futurecraft 4D スニーカーもフィジーク社と同様「Digital Light Synthesis™」の3Dプリンターを使用し作成されたものです。

Futurecraft 4Dのミッドソールは、1足（左右ペア）当たり、約30分で造形できるそうです。

3Dプリント技術だからこそ、誕生することができた今までにはない新しいシューズですね。

さいごに

今回は、量産で3Dプリント技術を採用した4社をご紹介させていただきました。

どの製品も3Dプリント技術を上手く活用したからこそ誕生した商品です。

3Dプリンター技術の進化によって、アイデア・デザイン・技術やテクノロジーも進化しています。ということは、自分たちも進化しなければいけないということです。

常に新しい技術の情報をキャッチするアンテナを張り巡らせておくといいでしょう。

3Dプリンターの方が優れている面もあれば、従来工法の方が優れている面もあります。

3dプリンターを上手に活用して、いいものづくりをしていきたいですね。

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試作レス、バーチャルの時代に3Dプリンターの必要性

近年、製造業の設計開発現場でのデジタル技術の活用が進む中、
*製品ライフサイクルは短くなり、「開発期間短縮」かつ「品質向上」が求められています。

（*製品ライフサイクル＝製品の導入から衰退までのプロセスのこと）

さらに製品の複雑化、コスト削減、人材不足という課題も上乗せされ、開発設計者の負担は大きくなる一方です。

従来は、試作によるトライ＆エラーを何度も繰り返し、最終製品の量産へ進むという工程でした。

しかし、ものづくりのプロセスは変革しつつあります。
試作レス、図面レス、評価レス、検査レスに向けて、各企業が製品開発のバーチャル化にシフトチェンジしているのです。

開発初期段階で、CAE（コンピューターによる解析）を用いた仮想試作・仮想試験を行うことで、試作回数を減らし、時間の短縮やコストの削減を図る「*フロントローディング設計」が注目され、CAEがこれまで以上に重視されていくと考えられます。

（*フローティング設計＝製品開発プロセスの初期工程に負荷をかけ、作業を前倒しで進めること）

しかし、CAEは完璧なのか？

そもそもCAE解析を行える技術者が必要です。
ソフトやコンピューターが優れていても十分な解析知識がないと解析結果に対して的確な判断ができないのです。

そして、あくまでCAE上でのシュミレーション結果ですので、現実の世界で完璧に再現をすることは難しいのです。

データ上だけでは十分な確認や検討ができず、手戻りが発生してしまうということもあります。

そこで、今回は3Dプリンターを有効活用し、製品開発の効率的に役立てる方法をご提案をさせて頂きます。

3DプリンターとCAEの併用することで、CAD上ではわからない不具合の早期発見につながり、変更発生に対する修正コストの削減、かつ時間短縮につながります。

試作レスの製品開発プロセス

従来のプロセス

製品が形になるまでに、試作が何度も繰り返し行われます。

おもな試作の製法は、射出成型や切削での成形のため、１度の外注試作だけでも数週間から数か月のリードタイムが必要になり、コストも数十万～などかかってしまいます。
さらに、何度も試作を繰り返しながら作りこむので、開発期間も長期になり、膨大な費用もかかります。

これからのプロセス

初期段階からCAD・CAEにて、シュミレーションでバーチャル試作、検証することによって、外注による試作が軽減できます。

しかし、机上の検証のみで、実物によるデザイン・形状・性能の検証ができないことから手戻りの発生が起こってしまうことがあります。

3Dプリンターを活用したプロセス

3Dプリンターを導入することにより、企画段階からアイデアの共有でき、CAD上だけでは見えなかった不具合などを洗い出すことができます。

初期段階で企画・ブランド・販売など、製品にかかわる各関係者の意見やコンセプトに基づく仕様が決められることにより、開発期間後半の負担が軽減されます。

試作において3Dプリンターの活用手段は2つ

①3Dプリンターを自社で導入して造形する

3Dプリンターの活用の1番のメリットは、「仕上がりが早いこと」です。
それも社内で活用するとなれば最短でも1日でできてしまいますので、試作として活用する様々なメリットが望めるでしょう。

社内導入のメリット

■関係者とのスムーズなコミュニケーション

商品をリリースするにあたって、初期段階からさまざまな関係者がかかわってきます。

中にはデータだけでは感覚がつかめきれない方や互いの認識の相違など問題が出てくる場合があります。
そのようなことが起きないために実際の試作品があるとイメージの共有がしやすくなります。

■CAD上ではわからない不具合の洗い出し

CAE解析のみの仮想試作・仮想試験だけではどうしても見えない不具合が出てきてしまいます。
手戻りを減らすためには、事前に実際の造形物の確認や関係者とのイメージを共有することで問題を防ぐこともできます。

■設計と同時進行での形状確認・機能検証

データ上のものと、実際に作ってみたものと比べると「イメージとは違う」などの意向とは沿わないものがでてきてしまうもの。
実際の造形物で見た目やサイズ感、また組付けや操作の確認をすることで事前に形状や性能を確認できます。

そして設計と同時進行で3Dプリンターを活用することで、より早く問題発生の対応に取り掛かることができます。

社内導入のデメリット

■3Dプリンター導入コスト

最近では安価なプリンターがたくさん出てきています。

しかし今現在の3Dプリンターの品質は「安かろう悪かろう」が現状です。

製造する商品や会社の規模にもよるので、一概にはいえませんが、

試作開発で有効に3Dプリンターを使用するには、少なくても「数百万～１千万」クラスのプリンターが必要です。（用途にもよります）

また材料費などのランニングコストもかかりますので、試作を外注でするか社内でするかどちらがコスト的にいいのか考慮する必要があります。

■人手が必要

「簡単に早く造形できる」というイメージが強い３Dプリンターですが、実際は細々とした手間がかかります。

サポート材を除去したり、パラメーターの設定をしたり、正確な設定をしないと精度が出ないなど、機種によってパラメーターも変わってきますので、3dプリンターを操作するための知識が必要になってきます。

設計の負担を減らしたいのに、負担が増えてしまっていては本末転倒です。

3Dプリンターも年々性能がいいものが出てはいますが、性能が良いものほどパラメーターなどが複雑になり簡単に造形はできない傾向があります。

②3Dプリンター出力サービスを利用する

社内で造形した方が早く試作品を手にすることができます。

しかし、社内での負担がかかりすぎてしまう場合や、導入している機種では出力できないサイズや材料のものなどに出力サービスを利用するのをオススメします。

3Dプリンター出力サービスのメリット

■社内負担の軽減

3Dプリンターのメリットはリードタイムの短縮。ランニング時間だけであれば数時間で造形できます。

しかし、3dプリンターでの出力は造形をする時間だけではなく、

• 3Dデータの整合性チェック
• 3Dプリンターが出力制御するためのデータに変換する作業
• 造形後のサポート除去
• 精度を保つためにもバッチ毎のクリーニング作業

などの時間も入れておかなければいけません。
こういった小さな作業の積み重ねが大きな負担にもなりかねません。

社内負担になるようであれば出力サービス等を利用した方がいいでしょう。

■高性能な試作品の造形、ニーズに合う機種の選択可

3Dプリンターで使用できる材料は多種多様にあります。

しかし、機種によって使用できる材料やサイズは限られます。自社の3Dプリンターで要望のものが作れるとは限りません。

出力サービスは会社によって、保有している機種は様々。ニーズに合った3Dプリンターを選んで利用することができます。

■射出成型や切削加工よりは納期が早い

3Dプリンター出力による造形なら、外注試作の中でもリードタイムが短く済む加工法です。急ぎの場合などは、切削加工や射出加工よりも短納期になるメリットがあります。

3Dプリンター出力サービスのデメリット

■社内で造形するより納期がかかる

社内で造形するのが一番早いですが、出力サービスでの造形のメリットも考慮し、両方をうまく使い分けて利用するのも業務効率につながるでしょう。

性能評価や試験のプロセスでは、3Dプリンター以外も検討する

いくら3Dプリンター活用で業務効率化が可能であっても、すべての試作を3Dプリンターで賄おうとするのは危険です。

例えば、デザイン評価（見た目、サイズ感、操作性など）や形状評価（組付け、動作確認、干渉確認など）であれば、3Dプリンターは有効でしょう。

しかし、強度、耐熱、耐久性など各性能にかかわる性能評価の場合は、最終製品に同等の品質、形状が必要になってきます。

3Dプリンターの性能にもよりますが、一般的に切削加工や射出成型で成形した試作品の方が強度や耐熱、耐久性が高いです。

3Dプリンター以外のおもな試作加工

• 射出成型（メリット：量産品に近い成形ができる。デメリット：金型を作る必要があるので、初期コストが高くなる。納期が長め）
• 切削加工（メリット：精度が高く、小ロットには最適。デメリット：数が多いと単価コストが高くなる）
• 真空注型（メリット：シリコーン型を使用するので、短納期・低コスト。デメリット：射出成型・切削よりも精度が低め）
• ナイロン注型（メリット：小ロットの高強度・高耐熱の試作品が短納期・低コストでできる。デメリット：射出成型・切削よりも精度が低め）

最近では3Dプリンターの進化で、高性能プリンターも出現しています。実用部品に耐えられる優れた性能を持つものもあります。

しかし、エンジニアプラスチックや金属の部品を出力できる高性能プリンターは出力サイズが小さいものが多いです。大きな部品に対応できるものもありますが、操作性が難しく自社で取り扱うことが効率化にそぐわないこともあります。

そういった場合は、出力サービスを検討するといいでしょう。

3Dプリンターで使える材料は多種多様です。数ある出力サービスの中からニーズに合った3Dプリンターを扱っている会社を選択できます。

弊社が導入している粉末造形3Dプリンターなら、ナイロン6+GB（ガラスビーズ）での造形が可能ですので、強度、耐熱、耐久性が必要な試作品などの用途にも使用されます。

また、小ロットに最適なナイロン注型での成形もしております。

試作での製法や材料選びにお困りでしたら弊社までお気軽にご連絡ください。

まとめ

今回は3Dプリンターの賢い活用法として、「社内で導入して製作」と「3Dプリンター出力サービスを利用して製作」のメリットデメリットをお伝えしました。

案件によっては、両方をうまく使いわけて利用する方法もあります。

まずは、ものづくりをする上で3Dプリンターを使用する重要度やコスト、造形時間などを考慮し、
試作品をつくるか、もしくはデータ上の確認のみで済むことなのかを見極めなければいけません。

形状確認や性能評価、アイデアの洗い出しなど、実際に試作品がある方がいい場合は試作品を作った方が、設計不具合の手戻りの減少、設計のリードタイムの短縮になり業務効率向上につながるでしょう。

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弊社では、ハイスペックな粉末焼結方式の３Dプリンターを保有しており、エンジニアリングプラスチックであるガラス入り6ナイロンの材料を使用して高強度・耐熱性のある造形物の製造が可能です。

インマニや電動工具のハウジングなど耐熱、耐久が必要な製品製作や実働試験などにも貢献しております。

ナイロン6+GB製品を3Dプリンターで！
粉末焼結方式「造形出力サービス」

粉末焼結方式では材料として樹脂系では主にナイロンが使用でき、靭性に優れたナイロン12やポリプロピレン、耐熱性に優れたナイロン12＋ガラスビーズが主要です。

弊社では、高機能粉末造形機を保持しており、耐熱性と高剛性に優れたナイロン6+ガラスビーズでの造形が可能で、実働試験に使用可能な部品も出力いたします。

二幸技研の粉末造形について詳しくみる

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革新的な進化を遂げる3Dプリンター

最近では、アメリカ、ドバイ、フランス、ロシア、中国、カナダ、オランダ、アフリカ、インド、ドイツ、ベルギーなど、多くの国で3Dプリンター住宅建設が始まってます。既に販売を開始している国もあります。

日本でも3Dプリンターで住宅基準を満たした住宅づくりをしている企業があります。

セレンディクスパートナーズ株式会社さんが手掛ける「スフィア」という家。災害の多い日本でも構造的に強い球形で2021年12月には3Dプリンター住宅が完成する計画だそうです。（https://misawa.house/）

住宅業界だけでなく、食品業界では3Dバイオプリンターで人工肉製品の開発、医療業界では臓器製造の開発、宇宙開発分野では国際宇宙ステーションに3Dプリンターを設置しパーツ製造。

「3Dプリンターでなんでも作る時代になったんだ！」と時代の変化をひしひしと感じられる革新的な技術進化です。

■PA6+GB粉末造形3Dプリンター

弊社で保有している3Dプリンターの粉末造形機（粉末焼結積層造形）は、ガラスフィラーで強化したナイロン６の製品（部品）を造形できます。

先ほど述べた3Dプリンターの進化例に比べると少し地味ですが、ナイロン6（PA6）製品が3Dプリンターで造形できることは意外にも革新的な進化なのです。

自動車業界を始め、航空業界・宇宙開発やドローン開発など、燃費性向上や環境負担軽減などを理由に軽量化に拍車がかかってます。

従来金属を使用していた部品をナイロン6（PA6）などの高機能樹脂であるエンジニアプラスチックを使用することにより軽量化に大きく貢献することができます。そして、3Dプリンターを使うことにより、よりスピーディーな開発も可能になったのです。

今回は、高機能樹脂のナイロンを使用できることで、強靭で高耐熱の部品造形が可能な3Dプリンター方式「粉末造形（粉末焼結積層造形）」について詳しくご説明いたします。

以前コラム記事で、3Dプリンターの代表的な5つの造形方式をご紹介いたしました。
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粉末造形（粉末焼結積層造形）とは？

粉末焼結積層造形（英語では、SLS:Selective Laser Sintering）とは、3Dプリンターの主要な造形方法の一つで、敷き詰めた粉末状の材料（樹脂や金属）を、レーザー光線で照射して焼結させて一層ずつ積層しながら形状を作る方式。

製造のながれ

• 粉末材料を敷き詰め、造形部分にレーザーで照射し焼結する（溶融して凝固させる）。
• 1層目が焼結したら、その上にまた材料を敷き詰めまたレーザーで焼結する。
• この作業を繰り返し、造形していく。
• 造形後は材料も造形物も高温ですので、温度を下げる。
• ブレイク（造形物は粉末材料に埋もれた状態なので取出す）
• ブラスターをかける
• 完成

弊社と同機種。粉末造形の製造工程がわかりやすい動画です

粉末造形の特徴

粉末造形で出力された強度に優れた造形品は、少量多品種生産にも適し、実際の製品としても使用することができます。

使用材料

• ナイロン11
• ナイロン12
• ポリプロピレン
• ナイロン6+ガラスビーズ
• ナイロン12+ガラスビーズ　等

粉末造形では、ナイロンを始め耐久・耐熱に優れた樹脂材料を使用できます。

粉末造形のメリット

• 強度、耐熱、耐久性などに優れる
  （密度も高く、量産品のものと近い物性で製造できるので、実用試験・風洞実験など様々な用途に応用することが可能）
• 複雑な形状の造形も可能
• サポート材が不要
  （手間や時間が省け、サポート材を取り除く際に起こる破損や傷つけてしまう心配がなくなる）

多くの3Dプリンターは積層方式ですので、積層方向に対しての強度が弱くなってしまうのが欠点の一つですが、粉末造形の場合、強度の高い材料であること、そして積層が細かいので、耐熱性・強度の高い製品の造形が可能で、試作品だけでなく最終製品としての用途でも使用できます。

さらにサポートが不要なため（樹脂の場合）、サポート除去作業の手間が省け、材料ロスを軽減できます。また複雑な形状なものや中空形状なども造形も可能です。

粉末造形のデメリット

有能な粉末造形ですが、もちろんデメリットもあります。

• 表面がざらざらした質感
• 粉末の除去に手間がかかる
• 装置が大きく、装置本体が高価。付随する設備も必要
• 装置や付帯設備及び運用コストが高くなる。

粉末造形で出力した造形物の仕上がりは表面がざらついた質感になります。粉末の材料を焼結していくため、ざらざらした積層目が残ってしまいます。

コストが高くなりますが、後加工で磨き、塗装、コーティングなどの処理もできます。

※弊社では、小ロットのナイロン製品の場合には「ナイロン注型」というご提案もさせて頂いております。

他には、運用面でのデメリットで、装置が大きく高価。設備などの運用コストも高めになるなどがあります。

ナイロン６で造形できるメリット

粉末造形のナイロン材料の主流はナイロン11，ナイロン12で、ナイロン6を使用できる機種はとても希少です。

ナイロンは熱収縮性が高く扱いにくい性質です。

ナイロン11やナイロン12は他のナイロンと比べ融点、吸湿性が低く寸法安定性が高い特徴から比較的造形しやすいと考えられます。

ナイロン6になると融点は225℃。熱収縮の高い材料での造形は収縮によって曲がり、ねじれ、反りなどが起こりやすくなるため、造形が非常に難しいのです。

以前は3Dプリンターでは使用できる材料が限られていたため、機能試験を行うためのパーツを造形することは難しかったのですが、ナイロン6+ガラスビーズの材料を使用できることで、実際に試作品を走行試験に使用できる優れた物性の製品の製造が可能になりました。

高強度・高耐熱の造形品を製造できることにより、金属パーツを樹脂化し軽量化に大きく貢献することができます。

使用材料の多品種化によって試作開発において3Dプリンターを利用することがますます増加する傾向にあります。そして今後も3Dプリンターの研究開発もさらに進んでいくでいくことでしょう。

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弊社では、ハイスペックな粉末焼結方式の３Dプリンターを保有しており、エンジニアリングプラスチックであるガラス入り6ナイロンの材料を使用して高強度・耐熱性のある造形物の製造が可能です。

インマニや電動工具のハウジングなど耐熱、耐久が必要な製品製作や実働試験などにも貢献しております。

ナイロン6+GB製品を3Dプリンターで！
粉末焼結方式「造形出力サービス」

粉末焼結方式では材料として樹脂系では主にナイロンが使用でき、靭性に優れたナイロン12やポリプロピレン、耐熱性に優れたナイロン12＋ガラスビーズが主要です。

弊社では、高機能粉末造形機を保持しており、耐熱性と高剛性に優れたナイロン6+ガラスビーズでの造形が可能で、実働試験に使用可能な部品も出力いたします。

二幸技研の粉末造形について詳しくみる

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