最近、高い注目を集める3Dプリンターですが、個人使用はもちろん会社や企業でも3Dプリンターの導入が進んでいます。ここでは、3Dプリンター導入で一体どんな事が実現可能なのか色々とご紹介したいと思います。是非、3Dプリンター購入の参考にして下さいね。

 

3Dプリンターでできる加工方法とは？
切削加工と3Dプリンターの違い

切削加工法

切削加工法は、様々な工具を使用して材料を切削って加工する方法です。大きいサイズの材料から不要部分を削って取り除くので、除去加工とも言います。一般的に用いられる加工手段で、金属加工中心に木材やプラスチック等の多様な素材の加工が、製造業現場で導入されています。高精度に優れており、実際の製品と同じ材料で試作品を製作したり、最終製品パーツを製作したりするのに活用されます。一方、1つ当たりの製作コストが高く付く為、外注依頼する場合では、最低でも製品の完成までに約1週間程度の時間を要します。

 

3Dプリンター

3Dプリンターとは積層法で、3D CADデータが元になって、スライスされた2次元層を1枚ずつ積み重ねて立体モデル製作していく加工方法です。製作加工を低コスト、短納期で行う事が可能である事が大きなメリットです。また、造形物の強度、精度、気密性、耐熱性、耐水性等は、造形方式や加工する素材で大きく異なります。なので、利用目的に適した最適な機種と素材の選定がポイントです。他にも、一部の高性能な産業用3Dプリンターであれば、最終製品パーツの製作が可能です。

 

3Dプリンターでできる効果的な加工技術とは？
中空構造

切削機では、製品の中が空洞になった構造、造形物内部に更に造形物がある等の複数部品が絡み合った形状など、複雑で難しい加工は行う事ができません。また、刃物が入りにくい形状やドリルが届かない形状についても、加工する事が難しく、そのしわ寄せが製作コストや納期に跳ね返ってきます。その点、3Dプリンターであれば、これらの加工も容易に造形加工を行う事ができます。また、製品内部を中空モデル化する事ができるので、造形時間短縮や材料コスト削減の製作メリットもあります。

 

一体成型

幾つか部品が組み合って動く構造の造形物は、一体成型が可能であるのが3Dプリンターになります。組立作業が必要無いので、簡単に動作確認する事ができ、試作品に活用する事になれば、製作のスピード効率にも繋がります。また、一体成型は切削機械と異なり、樹脂や石膏の造形しかできないと思われがちですが、現在は金属素材で造形可能な3Dプリンターもあります。

 

透明パーツで内部構造確認

3Dプリンターは、透明樹脂素材を高精度で造形できるのも特徴の一つです。内部構造が見えるスケルトン模型を製作する事が可能なので、作動状況も確認ができます。例えば、気体や液体を通す測定機械を製作する場合、設計通りに気流や水流を測れるか目視確認する事ができます。また、スケルトン模型は医療分野でも活躍しており、忠実に気管を再現して手術トレーニングの為に活かす用途としても大きく注目されています。

 

3Dプリンターのメリットとは？
コスト・納期の削減と短縮

3Dプリンターを導入する事で、試作品製作においてもメリットがあります。従来の工法と比べてみても、初期準備にかかる工数を短縮する事ができます。なので、今までよりも手軽にイメージ通りの試作品製作ができ、時間もかからず仕上がるので、品質向上と納期短縮に繋げる事ができます。また、自社3Dプリンターがあれば、海外加工業者等に依頼するよりも速く試作品を完成させる事ができたり、物流コストに関しても費用を抑える事もできたりします。他にも、試作製作に限らず、小ロット製品やサービスパーツ等の最終製品に関しても、現在は3Dプリンターで生産する事ができる時代なので、在庫削減や製造リードタイム短縮が可能となります。

 

イメージ通りの造形が可能

高精度パーツや複雑構造機器を試作する際、切削加工業者に外注して発注通りの試作品に仕上がらなかった経験をされた方もいると思います。切削加工では造形に限界がありますが、設計データをそのまま出力可能な3Dプリンターは、忠実に再現する事ができるのでやり直しのリスクを減らして、納期短縮とコスト削減を実現しています。

3Dプリンター活用の実用性とは？

①企画・デザイン

感触や操作性の確認が可能
仕上がった製品を頭でイメージしながら行う商品開発は、新しいアイディアや改善案等が生まれにくい為、開発工程が進んだ後に初めて問題点が浮き彫りとなって見える事もあります。なので、魅力的な商品製作の足かせになってしまいます。その点、3Dプリンターは見て・触れて・試す事ができる造形物がある場合、実際に手に持った時の感触や握り心地に至るまで検証可能で、最終製品としてのクオリティの向上にも繋がります。

プレゼンテーションで細かなイメージを伝える事が可能

例えば、建設や建築業界では、コンペに図面や仕様書では把握する事ができない雰囲気的な部分まで表現する事ができる、3Dプリンターで製作された建築模型が活用されています。しかし、模型外注と言うのは時間を要するので、十分に設計時間を確報する事ができなかったり、プラン変更を反映する事ができない建築模型でプレゼンしたりするケースもあります。そう言った場合にも、3Dプリンターで模型を内製すれば、製作期間は約数週間～数日に短縮可能になるので、お客様に向けて最新プランの建築模型でプレゼン可能です。

設計の組付け確認が可能

設計分野において、製品の組付けの際にはパーツ同士が干渉していないか、円滑に作業が進むか等、データ上シミュレーションでは分からない点を、試作品を用いて確認する事が大切になります。この試作品を外注すると、基本的に仕上がりまでに約1～2週間を要します。その点、3Dプリンターがあると直ぐ試作する事ができる上に、造形物を手で組付けたり、動作や操作性について実機で確認したりする事が可能になります。なので、設計時に何度も確認作業できる為、製作段階でトラブルが発生する事が少なく、設計時間短縮にも繋がります。

精緻なモックアップ成形が可能

3Dプリンターでは、設計通りにパーツの組付けが可能か否か、設計段階で確認する事ができると言う点から、建築設計や機械設計において精巧なモックアップを製作して用意するケースが最近は多くなっています。建築現場で、施工方法を検討する際、現場で使用する部材からボルト1本まで、忠実に成形したり実物大モックアップを容易したり、建築物や本物の大型機械の再現にも重宝されています。

 

②試作・評価

早い試作制作とスムーズな仕事作業
設計通りに精巧に作られた作品を自分で手軽に製作する事ができるのであれば、動作確認も容易で、クオリティの向上にも繋がります。3Dプリンターは、サイズのバリエーションも豊富なので、数時間から1日と言うように素早く製作して用意ができ、仕事作業を円滑に進めて行く事もできます。

試作期間短縮で市場投入できる

日用品や電化製品等の新製品開発では、操作感や利便性等を検証する際に3Dプリンターが活用されています。3Dプリンターで、数時間で10個以上の試作品を出力して、完成した試作品を比較検討する事もあります。例えば、デジタルカメラ等の技術革新が速い商品開発では、市場投入の際にはスピード感が必要になります。なので、従来であれば1週間～1か月程度製作にかかっていた時間が、3Dプリンターの活用で試作品完成まで1～2日程度に短縮した実績もあります。

3Dプリンターで出力した試作品の活躍

3Dプリンターは、機種によって樹脂製の型や軽金属製を作る事ができます。製造業では、量産前に射出成型で試作品を作る場合がありますが、3Dプリンターで射出成型の型を製作して用意する事も可能です。今まで型製作に多くの時間と労力を割いてきた所を1日に短縮できる等、品質評価段階で大幅な効率化を実現しています。

 

③製造・量産

治工具で生産効率の改善

近年は、多品種の少量生産を求められる世の中なので、造業で治工具を内製する事によって効率化に繋げられています。そこで活躍するのが、複雑形状のものを一体成型によって、軽くし素早く製作する事ができる3Dプリンターです。外注の治工具の内製化をきっかけとし、作業の進め方から見直して製造工程の改善を図る事も可能です。

小ロット製品やパーツをオンデマンド製造

3Dプリンターを製造工程に活用するとして、小ロット部品や最終製品を形レスでダイレクトに製造する事ができます。なので、製造コスト削減やリードタイム短縮に役立てる事がせきます。したいといった事があります。非常に精細で複雑な構造を三次元で造形でき、組立不要に一体構造物をダイレクトに製造できるという特性を活かし、3Dプリンターならではの付加価値で製造工程を変革する取組みが始まっています。

 

まとめ

3Dプリンターは今までに約20年間の研究・使用実績があり、2013年には世の中に幅広く認知され、3Dプリンターを利用した様々な取り組みが現在は始まっています。製造業だけに限らず、今後は医療分野、許育への導入、個人等、モノ作りのジャンルも範囲な分野で使用され色々と開始されています。