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3Dプリンティング

3Dプリンターの例

3Dプリンティング技術は、付加製造技術(additive manufacturing)とも呼ばれ、材料を1層ずつ積層して段階的に加工することで、デジタルモデルから3次元オブジェクトを作成するプロセスです。まず、コンピュータ支援設計(CAD)を用いて、オブジェクトの仮想的な3D表現をレンダリングします。次に、モデルを一連の水平レイヤーに「スライス」して、デザインを3Dプリンターで読み取り可能なSTL(標準テッセレーション言語)ファイルに変換します。そして、このデータをプリンターに転送し、プリンターの設定を行います。最終的なオブジェクトは、各レイヤーが前のレイヤーを接着して積み重ねながら、1層ずつ作製されます。

3Dプリンティングは、さまざまな素材から非常に複雑な形状や構造を高精度かつ再現性よく製造することができるため、航空宇宙、自動車、建築、ファッション、食品、宝飾品、製造業、医療などの幅広い分野で利用されています。溶融状態、液体状態、粉末状態の材料から、異なる機械的、熱的、化学的特性を持つ構造物を3D印刷するための手法が数多く存在します。

一般的な3Dプリンティング技術には以下のようなものがあります。


関連技術資料


熱溶解積層法(FDM)

熱溶解フィラメント製法(FFF:fused filament fabrication)または材料押出法とも呼ばれる熱溶解積層法(FDM:fused deposition modeling)は、最も一般的で安価な3D印刷技術です。熱可塑性フィラメント(PLA、ABSなど)を融点まで加熱し、ノズルを介してプラットフォームに押し出し、溶融した材料を冷却して固化させます。この技術は、すぐに使用できる製品を作るための射出成形や最新のプラスチック製造に使用されています。

バット光重合法

バット光重合は、光重合を利用して液体ポリマー樹脂を硬化および固化させる方法です。この方法で初めて開発・実用化された3Dプリンターがステレオリソグラフィー(SLA:stereolithography)です。SLAプリンターは、X-Y軸に配置されたミラーを使用して樹脂槽(バット)にレーザービームを照射し、オブジェクトの断面を作製します。デジタルライトプロセッシング(DLP:digital light processing)は、プロジェクターやUV光源を用いてバッチの下から光を照射し、各層を作製します。このタイプの樹脂3D印刷は、層全体を一度に露光するため、高速です。MLA(Masked Stereolithography)は、LED配列を使用して、液晶ディスプレイフォトマスクを通してUV光を照射します。

熱溶解積層法(FDM)

熱溶解フィラメント製法(FFF:fused filament fabrication)または材料押出法とも呼ばれる熱溶解積層法(FDM:fused deposition modeling)は、最も一般的で安価な3D印刷技術です。熱可塑性フィラメント(PLA、ABSなど)を融点まで加熱し、ノズルを介してプラットフォームに押し出し、溶融した材料を冷却して固化させます。この技術は、すぐに使用できる製品を作るための射出成形や最新のプラスチック製造に使用されています。

粉末床溶融結合法

粉末床溶融結合法(powder bed fusion)は、ポリマーや金属の粉末を熱エネルギー源で選択的に硬化させ、固体のプラスチックや金属の構造物を得る方法です。まず、粉末を融点直下の温度に加熱します。次に、ローラーで粉体を造形ベッド表面に分散して極薄層を作り、その上をレーザーが通過して熱溶解させます。1つの層が完成すると、粉末ベッドが徐々に沈み、次の層を形成します。選択的レーザー焼結法(SLS:selective laser sintering)は、ポリマー粉末をレーザーで連続的に焼結させるものです。選択的レーザー溶融法(SLM:selective laser melting)は、金属粉末を焼結させるのではなく、完全に溶融します。金属粉末床溶融結合法には、その他に、直接金属レーザー焼結(DMLS:direct metal laser sintering)や電子ビーム溶融(EBM:electron beam melting)があります。

インクジェット法(Jetting)

マテリアル・ジェッティング(MJ:Material jetting)では、インクジェットプリンターの技術を用いて、フォトポリマーやワックスなどの微小な液滴を造形プレートの上に噴霧します。印刷と同時に紫外線(UV)を照射して層を硬化させます。MJは、材料を点ではなく線状に高速で堆積させるため、1つのラインで複数の造形物を作ることができます。さらに、この方法では、1つのオブジェクトに異なる材料をプリントすることができます。ドロップ・オン・デマンド(DOD)方式の3Dプリント技術は、2つのインクジェットをセットにして、最終的なオブジェクト材料と溶解可能なサポート材料を同時に堆積させます。






ハイライト

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