あの、ゆるやかな日々。

光造形方式の3Dプリンターの中にもいくつかタイプがあり、光やレーザーを上から照射するものと下から照射するもの、また光やレーザーを点で照射するSLA方式と、面で照射するDLP方式があります。

ここでは、現在、光造形方式の3Dプリンターで主流な、光やレーザーを下から照射するタイプを例に、造形プロセスを説明していきます。

1.光硬化性樹脂を満たしたプールの中に、造形物が作られるテーブルを浸けます。

2.プールの底面から、光やレーザーが照射され、1層目の硬化を行います。


3.1層目の硬化が完了したらテーブルが持ち上がり、プールの底面から剥離させると共に、余分な光硬化性樹脂を落とします。

4.先ほどよりも1層分高い位置までテーブルが下がったら、再びプールの底面から、光やレーザーが照射され、2層目の硬化を行います。

このプロセスを繰り返すことによって、造形物が作り上げられていくのです。

光やレーザーを下から照射するタイプの3Dプリンターの場合、プロセス3のプールの底面から剥離させる工程が、非常に重要です。

無理に剥離させようとして造形物が破損してしまうことがあるため、このタイプの3Dプリンターを選ぶ際には、造形物をきれいに剥離させられるかどうかをチェックしておくことをおすすめします。

製品によっては、剥離しやすくするために、プールを左右に揺らすなどといった機能が備わっているものもあります。


光やレーザーを上から照射するタイプの場合は、プールの底面から剥離させるプロセスが無くなりますが、その代わりに、次の層を造形する用の光硬化性樹脂を、テーブルの上に満遍なく行き渡らせるプロセスや時間が必要になります。

SLA方式とDLP方式の違いは、主に、造形スピードです。面で照射できる分、DLP方式の方が早く造形物を完成させることができます。

造形精度については、一般的に、SLA方式の方がやや優れていると言われています。

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3Dプリンターの素材とは、2Dのプリンターのインクのようなもの。素材を積層し固めることによって、立体物を造形していきます。

3Dプリンターでは、さまざまな素材を使用できますが、造形方式によって、使用できる素材のタイプがそれぞれ異なります。

熱溶解積層方式（FDM方式）の場合は、熱で溶ける樹脂を細長い紐状にした、フィラメントと呼ばれる素材を使用します。ほとんどの熱可塑性樹脂がフィラメントとして登場していて、樹脂と異素材を混ぜた合成フィラメントも存在します。

光造形方式（SLA方式／DLP方式）やインクジェット方式（材料噴射方式）の場合は、紫外線で硬化する液体のアクリレート系樹脂を使用します。

粉末焼結方式（SLS方式）やバインダージェッティング方式の場合は、粉末素材を使用します。樹脂はもちろん、金属粉末や石膏など、粉末状のさまざまな素材が使用可能です。

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今後、3Dプリンターの需要は高まり続ける見込みです。ただ、3Dプリンターの造形方法の技術革新が進んだことにともない、用途によって最適な造形方式が選択されていくことでしょう。


新型コロナウイルスの感染拡大により、3Dプリンターを購入し、自宅で個人用グッズを製作するユーザーや、小さな子供向けの玩具やパズルを自作する家庭が増えてきました。

3Dプリンターは、製造業での導入は進んでおり、製造業で使用する工作機械の位置付けになりつつあります。最終製品の製造に限らず、試作品や治工具を製作する際に3Dプリンターの使用に切り替えるなどしており、業種ごとの3Dプリンター導入は着実に進んでいるといえるでしょう。


ただし、3Dプリンターには課題もあります。例えば、造形に時間がかかり大量生産には不向きなことや、まだ新しい製法のため使用する箇所によっては品質などの面から法的な規制をクリアする必要があることなどが挙げられるでしょう。

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3Dプリントの技術は、様々な分野で活用されています。
どのような分野でどのようにして3Dプリントが活用されているのか、見ていきましょう。

製造の現場
3Dプリントが積極的に活用されている分野に、製造業があります。
製造業では、製品製造の一連の流れの各所に3Dプリントによって作られた製品が用いられています。
主なところでは、製造に用いる「金型」や「治具」に使われています。
「金型」は金属加工に必要な型枠のことで、「治具」は製造の過程で部品や工具の作業位置を固定するための器具のことです。
これらの部品を3Dプリントで作ることで、微妙な金型や治具の修正が簡単にできたり、破損しても同じ金型や治具を早く作れたりするなどのメリットがあります。


模型製作
3Dプリントの技術は建築模型やプラモデル、臓器模型などの製作に活用されています。
3Dプリント技術の進歩により、かなり精密なモデルを製造できるようになっており、ハイクオリティな模型やプラモデルパーツ、フィギュアなどが作られています。
また、オーダーメイド品も従来ではパーツ製造メーカーへ個別で依頼が必要でしたが、3Dプリンターを導入すればコストをかけずに自社製造できるようになりました。

プロトモデルの製作
自動車メーカーや家電メーカーでは、従来からプロトモデルの制作に3Dプリンターが用いられています。
製品の設計や開発の段階では、微妙に形状の異なるプロトモデルを何度も作らなければならないため、低コストでスピーディにモデルを作れる3Dプリントの技術が使われています。
また、最近は自動車や家電製造の分野で、パーツそのものを3Dプリントで製作している事例も増えてきており、コストをかけずに新しい素材を使って製造ができる3Dプリントが活躍しています。


医療現場
3Dプリントは、医療現場において人工骨や入れ歯などの製造に用いられています。
特に歯科医療の現場で3Dプリントの技術の導入が進んでおり、従来のオーダーメイド製造では時間のかかっていた入れ歯やインプラントの製作を3Dプリンターが担っています。
3Dプリントの技術を用いれば、低コストかつ短時間でオーダーメイド品を製造できるので、より患者の体に合ったものを手に届きやすい値段で素早く提供できます。
医療の現場ではさらに、シリコンを利用した人工心臓の製造なども研究が進んでおり、3Dプリントを利用した複雑で精密な医療用具の製造にも期待が高まっています。

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サーボモータ
ロボットコントローラからの指令によりマニピュレータを動作させます。サーボモータには速度と回転位置を検出するエンコーダが取り付けられており、ロボットコントローラにフィードバックすることで精度の高い動作を実現します。マニピュレータが6軸や7軸といったときは、サーボモータの組み込まれた数と同数ということになります。


減速機
サーボモータの回転速度を減速するとともにトルクをあげてマニピュレータへ伝達します。減速機を経由して出力されるトルクは減速比に比例します。産業用ロボットで使用される減速機は一般的にサーボモータからの入力軸と減速後の出力軸は同一直線状になる構造をしています。減速機の精度はマニピュレータの動作精度も左右する重要な構成部品です。


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