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金属3Dプリンタを利用すると、従来は作るのが難しいと考えられていた形も表現できるようになります。

受託造形サービスを提供する企業も出てきました。ここでは、金属3Dプリンタでできることを具体的に解説します。

ステッピングモーター 電磁ブレーキ付き

金属3Dプリンタを活用すれば、複雑形状や中抜き形状など、さまざまな高性能金属部品を製造できます。

従来の技術では再現できない形状でも、金属3Dプリンタなら対応可能です。

従来の加工方法では割高になる場合も、金属3Dプリンタを活用するとコストを抑えて金属部品を製造できます。

金属3Dプリンタで金属部品を作る場合、軽量化も可能です。設計の際に調整を加えれば、部品の一部の厚みや密度も自由に変更できます。

強度が必要な部分の密度を高め、それ以外の部分の密度を低くすれば、必要な強度を保ったまま軽量化を実現できます。

金属部品の軽量化により、エネルギー効率やハンドリング性も改善しやすくなるでしょう。

金属3Dプリンタでは、金属加工で使用する金型や製造工具なども作れます。

特殊な形状の金型や製造工具が必要な場合も、金属3Dプリンタを活用すれば簡単に造形が可能です。

データを残しておけば、破損してもすぐに同じものを用意できます。改良も簡単に行えるため、作業の効率化につながります。

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金属粉末を敷き詰め、熱源となるレーザーや電子ビームで造形する部分を溶融・凝固させる方法です。金属粉末を敷き詰め、溶融・凝固を繰り返すことで造形します。造形終了後には、固化していない粉末を取り除いて造形物を取り出す必要があります。

パウダーベッド方式には、以下の(1)レーザービーム熱源方式と(2)電子ビーム熱源方式があります。

(1) レーザービーム熱源方式

敷き詰められた金属粉材料にレーザービームを照射して、溶融・凝固または焼結させて積層造形します。金属3Dプリンターのなかで最も普及している方式です。

 バイポーラステッピングモーター

(2) 電子ビーム熱源方式

敷き詰められた金属粉材料に電子ビームを高真空中で照射し衝突させることで、運動エネルギーを熱に変換し粉末を溶融させます。レーザービーム方式は窒素などの不活性雰囲気中で溶融凝固がなされますが、電子ビーム方式は真空中で溶融凝固がなされます。

プリンターの構造は上記のレーザービーム熱源方式に近いです。

また、レーザービーム方式はレーザーを照射する際の位置決めをミラーの角度を変えて行うのに対し、電子ビーム方式は、磁界によるレンズを用いて電子ビームの向きを変えるので、機械的な移動はなく、電気的であることから高速な位置決めが可能です。

溶融した金属材料を所定の場所に積層・凝固させて造形する方法です。金属粉末を材料とする(1)レーザービーム熱源方式と、合金ワイヤーを材料とする(2)アーク放電方式があります。

パウダーベッド方式に比べ、高速造形が可能ですが形状精度は低いです。また、パウダーベッド方式と異なり、造形終了後にパウダーの除去作業は不要です。金型などの金属材料へ追加工（肉盛り）もできます。

(1) レーザービーム熱源方式

ノズルから金属パウダーを噴射すると同時にレーザー光を照射することで金属パウダーを溶融池に供給、凝固させて造形を行います。部品形状を溶融ノズルまたはステージを移動させ描きます。金属粉の供給経路を切り替えることで、異種金属の造形が可能です。また、レーザー出力が大きいため、高速造形が可能です。

(2) アーク放電方式

金属ワイヤー先端のアーク放電により金属ワイヤーを溶融し、これを積層することによって造形します。装置価格や材料費が比較的安く、高速造形可能です。

ギヤードクローズドループステッピングモーター 

FDM方式は、金属粉末に熱可塑性の結合樹脂剤（バインダー）を混合した材料を積層することで造形を行う、樹脂材料の3Dプリンターと同様の造形方式です。造形後に脱脂と焼結を行うことで部品製造を行います。最近では脱脂が不要な材料や機材も登場しています。

バインダージェット方式

バインダージェット方式は、金属粉末に液体の結合剤（バインダー）を噴射することで固めて造形を行う造形方式です。結合剤を材料に含めるのではなく噴射することがFDM等の方式との違いです。造形速度が比較的に早く、サポート材が不要であることなどが特徴です。

超音速堆積法

超音速堆積法は、金属粉末を超音速に加速し噴射することで、金属粒子を結合させる造形方式です。熱源が不要で造形速度が速いことが特徴です。

液体金属堆積法

液体金属堆積法は、サブミクロンレベルの金属粒子を噴射することで造形を行う、インクジェット式の樹脂3Dプリンターのような造形方式です。精密さだけでなく、歪みが発生しづらいことも特徴です。

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3Dプリンターで、少しでも精度を改善したい方は、積層ピッチの設定をなるべく小さくなるように設定してみてください。積層ピッチは機器によって設定できる範囲が決められているので、なるべく小さくすることで、精度の向上が期待できます。

防水ステッピングモーター

しかし、積層ピッチは細かくすると、その分造形にかかる時間が長くなってしまう点に注意が必要です。

反りをなくしたい場合は、プラットフォームとの接着面積を広く設計したり、「ブリム」と呼ばれる造形物の周りにつくスカートのようなモノを配置したりといった方法があります。

一体型イージーサーボモータ

また、熱溶解積層の場合は、プラットフォームの温度を高めに設定したり、テープや専用のシートをプラットフォームに貼って、材料との接着率を上げたりといった方法も効果的です。

サポート材の除去でお困りの方は、スライスソフトの設定の際に造形物の配置方法を変えるか、造形物の構造を変えるなどすれば、サポート材の量を軽減できる場合があります。

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さまざまな素材を用いて3Dデータで作成した設計図を元に、造形物を作り出せるのは業務用も家庭向けも同じです。一方で、業務用3Dプリンターならではの特長があります。

＜業務用3Dプリンターの特長＞

デジタルステッピングドライバ 

造形物の再現性が非常に高い

様々な素材を扱える

業務用3Dプリンターは家庭向けの製品に比べて高い再現性を持ち、非常に細かい部分まで造形できるのが大きな特長です。プロトタイプなど一時的に利用するものだけでなく、建築物の模型、フィギュアのようにそのまま商品化される造形物にも適しています。

PLEシリーズ遊星ギアボックス

また、様々な素材を扱えるのも大きな魅力です。ナイロンやPC、カーボン配合などさまざまな素材が扱えるため多彩な用途を持ちます。今までプロトタイプや鋳造型の制作を外部委託していた企業なら、業務用3Dプリンターでコスト削減を実現できるでしょう。

どの用途で業務用3Dプリンターを導入する場合もコスト削減や工数削減などを実現し、ビジネスプロセスそのものを変えることもできます。

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光造形3Dプリンターは、「造形物の量産」という点において、他の造形方式よりも優れています。

その理由は、レジンは他の造形方式で使われている素材に比べて熱する時間が短く、出力もスムーズなためです。中でもDLPと呼ばれるタイプの光造形3Dプリンターは、レジンに対して下から面状に紫外線を照射するため、素早い量産を実現します。

双轴リニアステッピングモーター 

造形物の仕上がり精度が高いというのも、光造形3Dプリンターの大きなメリットです。熱溶解積層方式と呼ばれる3Dプリンターでは、熱変形によって仕上がり精度が落ちる場合があります。

一方、光造形3Dプリンターは、変形が少なく解像度も高いため、より綺麗に再現することができます。フィギュアや部品のプロトタイプ作りなど、限りなく3Dグラフィックに近い仕上がりを求める場合は、光造形3Dプリンターがおすすめです。

サーボモータブラシレスDCサーボモーター 

光造形3Dプリンターに使用するレジンは液体素材なので、造形時に滑らかな仕上がりになるのが特徴です。しかも、素材を選べばゴムのようなものなど、造形物に合わせてさまざまな質感を再現することができます。

ナチュラルカラーのレジンを使用し、研磨・トップコードを施せば透明度の高い造形も可能となります。アクリル系のレジンを使えば高い透明性を確保でき、造形後の研磨によって透明度をさらに高めることもできます。

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