3Dプリンターにはさまざまな造形方式がありますが、ものづくりの流れ自体はほとんど同じです。そのため、基本的な流れやポイントを知っていれば、どの3Dプリンターを使う場合にも役立ちます。

本記事では、3Dプリンターにおける基本的なものづくりの流れを前工程・造形工程・後工程の3ステップに分けて、押さえておきたいポイントとともに解説します。

前工程

前工程では、3Dプリンターで造形したいものの3Dデータを準備していきます。

3Dデータは、3DCADソフトや3DCGソフトを使って作成するのが一般的です。自分で一から作成しなくても、2DのCADデータを3DCADデータに変換したり、3Dスキャナで現物をスキャンして3Dデータ化したりする方法もありますが、3Dプリンターの性能や自分の用途に合わせて最適化するためには、3Dデータ自体を作成・編集できる方が望ましいでしょう。

また、インターネット上にある無料の配布サイトからダウンロードして使用するという方法もあります。この場合は、商用利用が禁止されているケースもあるため、注意が必要です。

3Dプリンターによるものづくりにおいて、大元となる3Dデータの質は極めて重要です。3Dプリンターは形状の自由度が高い点がメリットではありますが、そうは言っても、造形しにくい形状や精度が出にくい形状は存在します。3Dデータの設計時には、次のようなポイントを押さえておくと良いでしょう。

• 事前に使用する材料を選定しておき、材料の特性に合わせて設計を行う
• 強度面を考慮して、最低でも1mm以上の肉厚を確保しておく
• サポート材の使用量がなるべく少なくなるように工夫する
• 寸法精度が求められる箇所は、材料の収縮率を考慮して補正をかけておく

3Dプリンターでのものづくりには、ある程度の慣れも必要になります。試行錯誤してノウハウを蓄積していけば、造形物の品質は向上していくでしょう。

造形工程

造形工程では、前工程で作成した3Dデータを3Dプリンターに読み込んで出力設定をした後に、実際に造形を行っていきます。

多くの場合、3Dプリンターごとに専用のソフトウエアが用意されているので、それを利用して出力設定をすることになります。設定できる項目は機種によって異なりますが、おおむね次のような内容です。

• 設置方向
• 設置数
• 積層ピッチ
• 材料の密度
• 造形速度
• サポート材の有無

これらの設定次第で、造形にかかる時間や品質は大きく変わります。例えば、積層ピッチを小さくすれば造形物の表面が滑らかになり、寸法精度がよくなる傾向にありますが、造形の時間は長くなります。反対に、積層ピッチを大きくすれば早く造形が終わりますが、寸法精度は悪くなる傾向にあります。それぞれの設定内容が何に影響するのかを正しく理解した上で、造形物に求める機能や用途に合わせた設定を心がけましょう。

出力設定が終わって造形が始まった後は、基本的に全自動で造形が行われます。造形が終わるまではやることがなくなるため、別の作業ができるのも3Dプリンターのメリットです。最近では、3Dプリンター自体が造形条件を自動で制御してくれる機種も登場しているため、造形中のトラブルなどは軽減される傾向にあります。

3Dプリンターの性能や出力設定、造形物のサイズにもよりますが、造形が終わるまでには長い時間がかかります。しかし、造形自体は全自動で行われるため、帰宅前にスイッチを押して夜間に造形しておき、翌日出勤したときには完成している状態にすることも可能です。このように、夜間や休日をうまく活用していけば、3Dプリンターによる試作や生産の効率化を図ることができます。

後工程

3Dプリンターでは、基本的には後工程として仕上げ作業が必要になります。具体的には、余分な材料やサポート材を取り除く、表面を研磨して滑らかにする、といった内容です。

後工程の作業内容は造形方式や材料によって異なるため、それぞれに必要な作業内容を覚えておきましょう。樹脂3Dプリンターの場合、サポート材の除去方法は、手作業で物理的に取り除くケースと、専用の薬液や熱処理炉などの設備に入れて溶かすケースの2種類に大きく分けられます。特に前者の場合、造形物が極端に小さかったり、厚みが薄かったりすると、作業中に破損する恐れがあるため注意が必要です。上述した前工程での設計時には、後工程の作業性も考慮しておくべきといえるでしょう。

場合によっては、塗装や熱処理などでさらに後工程が続くこともあります。

基本的な流れやポイントを知って、3Dプリンターを有効活用しましょう

本記事でご紹介した、前工程・造形工程・後工程の3ステップを経て、3Dプリンターによるものづくりは完了します。ほとんどの3Dプリンターに共通する内容なので、ぜひ覚えておきましょう。

最新鋭の高価な3Dプリンターを導入できなくても、人の工夫によってものづくりの品質や効率を高めることはできます。基本的な流れやポイントを知って3Dプリンターを最大限に活用し、自社のものづくりの進化を図ってみてください。