3Dプリンター

3D-CADにて設計した3Dデータ（STLデータ）から、立体モデルを造形できるのが3Dプリンターです。3Dデータを薄くスライスしたデータに変換して、そのスライスデータを積み上げながら造形します。3Dプリンターには、熱で溶かした樹脂を積み重ねる「熱溶解方式」、液状のUV硬化樹脂を紫外線で少しずつ固める「光造形方式」などさまざまな方式があり、使える材料のバリエーションも広がってきています。しっかりとした材料が出てきたことで治具として使われるケースも増えてきていますが、試作品の造形が3Dプリンターのメインの使い道です。3Dプリンターの造形物は、商品開発の手戻りを防止するためのコミュニケーションツールとして役立っています。

3Dプリンターのメリット1：設計の問題点を抽出し、商品開発をスピーディーに

3Dプリンターがあるときの一番のメリットは、手戻りを防止して商品開発をスピーディーにできることです。3Dプリンターの造形物を使って設計の問題点を抽出することで、商品開発の後工程で発生する大きな手戻りを防止できます。

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3Dプリンターの強みのひとつが、アイデアをすぐに試せることです。試作を外注している場合には見積もりの取得や、上長の承認を得る必要があるために、タイムリーに試作品を入手することができませんでした。また、費用が掛かるために最小限の試作で済ませることになってしまいます。身近に3Dプリンターがあれば確認するべきタイミングで造形をして、問題点の抽出や正確な意思疎通が可能になります。さらに、複数のアイデアを試すなど設計の精度を高められるため、手戻りを防止して商品開発のスピードを加速させられます。

3Dプリンターのメリット2：部門間のコミュニケーションを容易に

3Dプリンターがあれば製造部門など他部門とのコミュニケーションが容易になります。3D-CADに馴染みがないエンジニアとも正確な意思疎通ができるので、量産性やメンテナンス性を向上させることに役立ちます。

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3Dプリンターの造形物には意見やアイデアを引き出す効果があります。製造部門やメンテナンス部門など3D-CADと馴染みがないエンジニアとのコミュニケーションを商品開発の早い段階から増やすことで、量産性やメンテナンス性を高められ設計の精度を向上させられます。3D-CADの画面や図面だけでは得られない意見やアイデアを、早期に設計に反映できるので、手戻りの防止にも役立ちます。また、商品リリース後のコストダウンにもつながります。

3Dプリンターのメリット3：治具制作を最適化して生産性を向上

3Dプリンターで治具を最適化して生産性を向上できます。小ロットの治具を短納期で作れることはもちろん、3Dプリンターならではの形状で治具を軽量化して作業性を上げることも可能です。

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3Dプリンターは治具の制作にも役立ちます。強度や精度を求めなければ小ロットの治具を造形してそのまま使うことも可能です。小ロットの治具や自由曲面の製品の受け治具であれば外注に依頼して制作するよりも、短納期で造形できることもあります。また、人手やロボットが使用する治具を肉抜きした設計にして軽量化することで、作業性を上げたりロボットのスペックを下げてコストダウンできるケースもあります。逆に、製品の形状を造形して生産開始前に治具を最適化し、早期に生産性を向上させることができます。

3Dプリンターの業界別導入事例

株式会社トヨタプロダクションエンジニアリング様

設備設計における「手戻り60% 減」·「リードタイム15%減」を実現。
3Dプリンターが業務効率の向上と社内イノベーションの活性化をもたらしました。

株式会社アルファ様

他社製3Dプリンターではできなかった漏水チェック、ギア・レバーの組付け確認などもできるようになりました。

ニッパツ・メック株式会社様

プレジャーボートの制御装置のデザイン性、手へのフィット感、組付などを、キーエンスの3Dプリンターを使って確認しています。

Q.

3Dプリンターはどのような材料が使えますか？

A.

3Dプリンターで使用できる材料には、柔らかいゴムから樹脂や金属までさまざまな材料があります。材料ごとに使える造形方式が異なるために、それぞれの特徴を理解した上で使用する必要があります。

・ABS　→　熱溶解方式
・ポリカーボネート　→　熱溶解方式
・ナイロン　→　粉末焼結方式
・アルミ　→　粉末焼結方式
・ゴム　→　インクジェット方式、プロジェクター方式、光造形方式
・アクリル　→　インクジェット方式、プロジェクター方式、光造形方式

たとえば、キーエンスの高精細3Dプリンタ「AGILISTAシリーズ」はインクジェット方式なので、アクリル樹脂とシリコーンゴムにて造形できます。ここで注意したいのが、3Dプリンターは専用材料を使用しているため、一般的なアクリルとシリコーンゴムとは特性が異なってしまうことです。材料の名前が同じでも、3Dプリンターの造形物と金型の成型品では特性が異なるものになることを理解した上で使用する必要があります。

Q.

3Dプリンターにはどのような造形方式がありますか？

A.

3Dプリンターにはさまざまな造形方式があり、使える材料以外にも特徴があるため、想定している用途に応じて使い分けが求められます。

【熱溶解方式】
構造が簡便で扱いやすく強度のある造形ができます。
細部を表現することは苦手なため、治具などの造形が得意です。

【インクジェット方式】
3Dプリンターとしては高精度な造形ができます。
それなりに強度はありますが、試作品がメインの用途になります。

【光造形方式（プロジェクター方式）】
造形サイズは限られますが、造形スピードが早く表面が滑らかにできます。
ジュエリー業界や補聴器業界などで主に使われています。

このように3Dプリンターは方式ごとに得意・不得意がはっきりしていて、材料の選択以上に方式の選択の方が重要な要素になるケースもあります。

Q.

3Dプリンターのメリット・デメリットを教えてください。

A.

3Dプリンターのメリット
・金型の制作がいらない
・形状の自由度が高い（アンダーカットなどの考慮が不要）
・小ロットで制作できる

3Dプリンターのデメリット
・材料が高価である
・専用材料しか使えない
・寸法精度が低い
・異方性がある（方向によって強度差が生じる）
・量産性が低い

3Dプリンターは生産設備としてとらえた場合には、実はデメリットの方が目立ってしまいます。特に、「材料が限定される」「寸法精度が低い」ことは用途を限定してしまう一因です。逆にわかりやすいメリットがあり、これらのメリット・デメリットをしっかりと理解した上で、活用することが求められます。

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