ラピッドプロトタイプモデル：仕組みと重要性を解説
ラピッドプロトタイピングの誕生と意義
ラピッドプロトタイプモデルは、通常プラスチックまたは金属製で、コンピュータ図面から作成される部品です。顧客が開発中の製品をレビューできるようにします。20世紀後半、設計者が3次元（3D）図面を作成できるCADソフトが開発され、これらの図面から物理構造を作る装置の並行開発により、ラピッドモデリングビジネスが確立しました。
3Dソフトウェア設計の機能
- 概念図からソフトウェアベースの3Dモデルを作成、多角度・多方向からの閲覧が可能
- 仮想分解機能で、産業プラントでの組立手順を顧客に提示
- 応力・衝撃等の様々な条件下での「テスト」機能で、部品故障や設計欠陥を事前推定
3Dプリンターによる実体化技術
ラピッドプロトタイプモデル開発は3Dプリンターの登場で現実化しました。20世紀後半に複数技術が進化しましたが、すべてCADプログラムと連携しています。すべての3Dプリンターは、プラスチックや金属の連続層を順次積層して部品の物理サンプルを作る手法を採用しています。
主な造形方式
- パウダーベッド方式：極細パウダーに化学バインダーを噴霧し層を形成、トレイを微降下させて次の層を積層。複雑な部品では数日かかることも
- 溶融プラスチック積層方式（FDM等）：ノズルから溶融材料の微細ドットを積層。層が固体化して一体化するため、マシンから直接使用可能なプロトタイプが得られる（パウダー方式より強度優位）
- 金属焼結（メタルシンタリング）：アルミニウムや銅等の低融点金属を3Dプリンターで溶融積層。後処理不要でテスト・開発に直接使用可能
バーチャルプロトタイピングへの進化
21世紀の多くの製品はCADソフトで完全設計され、バーチャルイメージ自体がラピッドプロトタイプモデルとなり、物理サンプル作成が不要になりました。大型産業機械、航空機、船舶等の大型車両で一般的です。部品が大きすぎて個別プロトタイプ作成が不可能、または最終製品開発が遅れるためです。エンジニアは実テストをシミュレートするソフトウェアテストを開発し、プロトタイプテストを不要にしました。最初の商用航空機はこの方式で、設計から中間プロトタイプなしで飛行可能な航空機へ直接進みました。
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