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3Dプリンタの意味と使い方をマスターしよう!

3Dプリンタとは、立体的に形状を造形するタイプのプリンタです。多額の費用がかかる金型や大型装置がなくとも試作品やテストパーツ、治具、あるいはマグカップや食器などが製造できる、非常に便利なものです。

通常の紙に印刷するプリンタ(ここでは便宜上2Dプリンタと呼びます)と比べると表現力も段違いに高く、価格も昔と比べればかなり下がってきているため、中小企業や個人の間でも普及が進んでいます。

3Dプリンタの歴史

3Dプリンタ自体は1980年台に開発されたものですが、非常に高価で特殊な制御を求められるものであったため、一部の企業が導入するにとどまっていました。中小企業や個人でも手が届く範囲まで価格が下がってきたのは2010年代に入ってからで、2013年代には7万台が販売されました。

最近は大手メーカーが製造中止や従業員解雇などで低迷する一方、一方で新規参入が相次ぐなど、市場は新たな開発競争段階に入りつつあります。

3Dプリンタが立体物を造形する仕組み

手法や機種によって多少の違いはありますが、基本的には設計図に基づいて非常に薄い断面形状を次々と上に重ねていくことによって形を作ります。

1つ1つの断面形状の厚さは1/1000mm程度と非常に薄く、それをひたすら積み上げていきます。素材は樹脂が使われることが多いですが、高級な3Dプリンタでは金属が使われることもあります。3Dプリンタの代表的な手法は以下のとおりです。

熱溶解積層方式

熱溶解積層方式とは、樹脂(ABSなど)を溶解させて、少しずつ積み上げていく方式です。プリンタ本体の価格が安く、10万円程度のものも少なくありませんが、精度が粗いという欠点もあります。

インクジェット方式

インクジェット方式とは、インクジェットで樹脂(ABSなど)を細かい粒子にして、それを紫外線照射で固めながら積み上げていく方式です。2Dプリンタのインクジェット方式の原理を応用したもので、プリンタ本体の価格は熱溶解積層方式よりもやや高いですが、その分精度も高く、しかも光速に造形が出来ます。

光造形方式

光造形方式とは、紫外線で硬化する液体樹脂に紫外線を当てて層を作り、その層を積み重ねて立体化する方式です。多くは数百万~数千万するため個人や中小企業では導入が難しいですが、精度は非常に高く細かいものも作れます。

設計図(3Dデータ)を用意する方法

3Dプリンタでものを作るためには、設計図が必要になります。この設計図を3Dデータと言います。

3Dデータを用意する方法は大きく以下の3つにわけられます。

  • 3D CADソフトや3D CGソフトなどを使って、自分で作成する。
  • すでにある物体をスキャンして3Dデータに変換する(3Dスキャナが必要)。
  • 他者が作った3Dデータをダウンロードする。

自分で作成するのは最も自由度が高い反面、それらを制作するソフトを入手し、操作方法についても学ばなければならないという欠点があります。ソフトは無料のものから数百万円するものまでいろいろありますが、個人で使う場合は無料、もしくは数千円程度で売られているもので十分でしょう。

すでにある物体をスキャンするのは簡単ですが、既存のものしか3Dデータにできません。また、3Dスキャナを別途用意する必要があります。

他者が作ったデータをダウンロードするのも簡単ですが、他の有志が作成しているものしか3D化できません。データによっては有償のものもあるため、注意が必要です。

3Dデータの形式

3D CADや3D CGによって、データの保存形式は違います(殆どのソフトは複数の保存形式に対応しています)。しかし、保存形式がバラバラだと3Dプリンタで扱いづらいため、ほとんどの3Dプリンタメーカーは、STL形式を採用しています。STL形式は立体の表面を数多くの三角形の集合体として表現するポリゴンの一種です。

あくまでも三角形しか扱えないため、複雑な局面をそのまま表現することは出来ません。しかし、三角形の数を増やしてサイズを小さくすれば、ほぼ曲面に見えるようになります。

なお、STL形式では物体表面の色の情報は保存されません。フルカラーで印刷したい場合は、色情報を保存できるPLY形式やVRML形式で保存します。

様々な分野で活用される3D プリンタ

医療業界での利用

3Dプリンタが最も注目されている業界の一つが医療業界です。現段階でも補聴器の製造やシューズのインソール、インプラント器具の製造などには3Dプリンタが使われています。更に高度なところでは、臓器自体を3Dプリンタで作り出す研究も進められています。

宇宙開発分野での利用

国際宇宙ステーションには3Dプリンタが設置されています。2014年には地球からデータを送り、それを国際宇宙ステーションで印刷することに成功しています。宇宙で何らかの部品が不足した際も、3Dプリンタで印刷すればよいので、わざわざスペアパーツを地球から持っていく必要がなくなります。

 

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